INFLUENCIA DE LA PRECIPITACININTRODUCCINLa contaminacin
atmosfrica es uno de los problemas que mayor atencin ha despertado
en el campo de las Ciencias Atmosfricas en las dos ltimas dcadas
por las consecuencias que est alcanzando tanto para los seres vivos
como para el entorno. Este problema no es nuevo pero, debido al
desarrollo industrial en el presente siglo, se estn viendo hoy da
los efectos que produce la contaminacin en los diferentes sistemas
ecolgicos.Este trabajo se centrar, ms que en la propia contaminacin
atmsfera, en las transformaciones que sufren los dar lugar a las
precipitaciones cidas. Estas inyectada a la contaminantes para
precipitaciones se producen generalmente lejos de los focos de
contaminacin y van asociadas a los fenmenos de transporte
transfronterizo, sin embargo, existen precipitaciones que se
producen cerca de los focos emisores con un carcter fuertemente
cido, este tipo de precipitaciones locales estn asociadas a
fenmenos convectivos y son, generalmente, las que depuran la
atmsfera de contaminantes por los efectos de retirada y lavado.El
efecto de las precipitaciones cidas no se produce a niveles
solamente locales, sino que esta degradacin se hace a travs de todo
el Hemisferio debido al transporte de los contaminantes a gran
escala.CONCEPTOSPrecipitacin: Es cualquier meterica recogida sobre
la superficie terrestre. Esto incluye bsicamente: lluvia, nieve y
granizo. (Tambin roco y escarcha que en algunas regiones
constituyen una parte pequea pero apreciable de la precipitacin
total)En relacin a su origen, pueden distinguirse los siguientes
tipos: Las ciclnicas son las provocadas por los frentes asociados a
una borrasca o cicln. La mayor parte del volumen de precipitacin
recogido en una cuenca se debe a este tipo de precipitaciones. Las
de conveccin se producen por el ascenso de bolsas de aire caliente;
son las tormentas de verano. Las precipitaciones orogrficas se
presentan cuando masas de aire hmedo son obligadas a ascender al
encontrar una barrera montaosa.El estudio de las precipitaciones es
bsico dentro de cualquier estudio hidrolgico regional, para
cuantificar los recursos hdricos, puesto que constituyen la
principal (en general la nica) entrada de agua en una cuenca.
Tambin en fundamental en la previsin de avenidas, diseos de obras
pblicas, estudios de erosin, etc.Intensidad de precipitacin es
igual a precipitacin/tiempo.La influencia de la precipitacin cida
sobre los suelos se traduce en la modificacin del pH del estrato de
la superficie del suelo cultivable, as como, en la alteracin del
humus. La mayor parte de los cultivos requieren un pH superior a
4.5, por lo que su rendimiento agrcola se ve disminuido por las
precipitaciones cidas. En Espaa, aunque el ndice de
industrializacin es menor que el de otros pases de Europa y Estados
Unidos, y el clima es, en general, ms seco, el problema de la
precipitacin cida es preocupante.La influencia de las
precipitaciones en el comportamiento de la humedad natural de los
suelos en el rea de la Planta Ferronquel Minera S.A. lo que permite
establecer criterios sobre el mtodo de pre-secado a emplear en el
proceso industrial. Para ello se emplea un estudio estadstico de
series temporales que se basa en la determinacin de la
estacionalidad por el mtodo aditivo que sigue una serie de 21 aos
de datos pluviomtricos registrados por 5 pluvimetros del rea del
estudio y un anlisis de varianza por mtodo de determinacin simple;
cuya aplicacin se traduce en la definicin con precisin de los
perodos hmedos y secos que se manifiestan a nivel local y que
permiten obtener la relacin de la pluviometra con la humedad
natural de los suelos.VOLUMEN DE PRECIPITACIONESEl volumen de
precipitaciones registrado en las regiones es clave para la
formacin de los yacimientos de drenajes, ya que estos son el
resultado de un proceso de intemperismo intenso donde el agua juega
un papel trascendental. Estas condiciones de abundantes
precipitaciones, intensa evaporacin, altas temperaturas y continuas
fluctuaciones del nivel fretico de las aguas subterrneas debido a
la recarga local o regional que experimentan las mismas, someten a
estos suelos a diferentes ciclos de secado y humedecimiento en el
ao. Los suelos tienen su origen en los macizos rocosos
preexistentes que constituyen la roca madre, sometida a la accin
ambiental disgregadora de la erosin en sus tres facetas: fsica,
qumica y biolgica.Todo ello da lugar a fenmenos de disgregacin y
transformacin de la roca crendose el perfil de meteorizacin. Cuando
el suelo permanece in situ sin ser transportado se le conoce como
suelo residual y cuando ha sido transportado se denomina suelo
transportado. Los suelos del rea de estudio constituyen todo el
material a extraer donde se construye el sistema de drenaje.
pH del sueloElpH del sueloes una medida de laacidez o
alcalinidaden lossuelos. Se define como ellogaritmo(base10)
negativo de laactividadde los ioneshidronio, en unasolucin. El
ndice vara de 0 a 14, siendo 7 neutro. Un pH por debajo de 7
escidoy por encima de 7 esbsico (alcalino).El pH del suelo es
considerado como una de las principales variables en los suelos, ya
que controla muchos procesos qumicos que en este tienen lugar.
Afecta especficamente la disponibilidad de losnutrientes de las
plantas, mediante el control de las formas qumicas de los
nutrientes. El rango de pH ptimo para la mayora de lasplantasoscila
entre 5,5 y 7,0,1sin embargo muchas plantas se han adaptado para
crecer a valores de pH fuera de este rango. Precipitaciones: Los
suelos cidos se encuentran ms frecuentemente en reas de alta
precipitacin. El exceso de lluvias lixivia base de catin de la
tierra, el aumento del porcentaje de Al3+y H+ (aluminio y
hidrogeno)en relacin con otros cationes. Adems, el agua de lluvia
tiene un pH ligeramente cido de 5,7, debido a una reaccin con
CO2(dixido de carbono) en la atmsfera que forma cido carbnico.
PRECIPITACIN ACIDASe entender por precipitacin cida, las
diferentes formas en las cuales se puede registrar la deposicin
slida, liquida y en estado de agregacin de goticulas de niebla,
cuyo pH sea inferior a 5.6.Al abordar este tema surgen algunas
cuestiones como qu cidos estn presentes en la deposicin, cul es su
concentracin, sus precursores, el origen de los mismos y la fase en
la que se encuentran en la atmsfera. La contestacin a estas
cuestiones dar un completo panorama de lo que se entiende por
precipitacin cida.Como se ha citado en la introduccin, el problema
aqu tratado afecta gravemente a los ecosistemas del Hemisferio
Norte y aunque no es un hecho nuevo, a medida que el pH de las
precipitaciones va disminuyendo sus efectos van siendo cada vez ms
devastadores.En Europa se han registrado precipitaciones con pH
medio entre 4 y 5, mientras que en Estados Unidos se han llegado a
medir valores inferiores a 4, e incluso se han podido detectar
valores muy inferiores a stos en otros lugares. Aunque de menor
importancia, tambin se han detectado precipitaciones de carcter
altamente bsico que generan efectos igualmente negativos sobre el
entorno. El origen de los precursores puede ser tanto natural como
antropognico; entre las fuentes naturales destacan los volcanes y
los cada vez ms frecuentes incendios forestales, mientras que la
actividad industrial es la principal fuente artificial.
MEDICIN DE LA PRECIPITACINLos valores de precipitacin, para que
sean vlidos, deben ser cientficamente comparables.la precipitacin
es importante para elpluvimetroy losfluvigrafos, estos ltimos se
utilizan para determinar las precipitacionespluvialesde corta
duracin y alta intensidad. Estos instrumentos deben ser instalados
en locales apropiados donde no se produzcan interferencias de
edificaciones, rboles, o elementos orogrficos como rocas
elevadas.La precipitacin pluvial se mide enmm, que sera el espesor
de la lmina de agua que se formara, a causa de la precipitacin,
sobre una superficie plana e impermeable y que equivale a litros de
agua por metro cuadrado de terreno (L/m2).
IMPORTANCIA DE LAS PRECIPITACIONES EN LA INGENIERAMuchas obras
deingeniera civilse ven profundamente influidas por los factores
climticos, por su importancia destacan las precipitaciones
pluviales. En efecto, un correcto dimensionamiento
deldrenajegarantizar lavida tilde una carretera, una va frrea, un
aeropuerto. El conocimiento de lasprecipitaciones pluviales
extremasy en consecuencia el dimensionamiento adecuado de las obras
hidrulicas, as por ejemplo los vertedores de excedencias de las
presas, garantizar su correcto funcionamiento y la seguridad de las
poblaciones que se sitan aguas abajo. El clculo de laslluvias
extremas, decorta duracin, es muy importante para dimensionar el
drenaje urbano, y as evacuar volmenes de agua que podran producir
inundaciones.Las caractersticas de las precipitaciones pluviales
que se deben conocer para estos casos son:Laintensidad de la
lluviayduracin de la lluvia: estas dos caractersticas estn
asociadas. Para un mismoperodo de retorno, al aumentarse la duracin
de la lluvia disminuye su intensidad media, la formulacin de esta
dependencia es emprica y se determina caso por caso, con base en
los datos observados directamente en el sitio de estudio o en otros
sitios prximos con las caractersticas hidrometeorolgicas
similares.
ZONAS PLUVIOMTRICASSe denominapluviometraal estudio y
tratamiento de los datos deprecipitacinque se obtienen en
lospluvimetrosubicados a lo largo y ancho del territorio,
obteniendo as unos datos de gran inters para las zonas agrcolas y
regulacin de lascuencas fluvialesa fin de evitarinundacionespor
exceso delluvia.Adems de la cantidad precipitada, es importante
anotar qu tipo de fenmeno se produce (lluvia,llovizna,chubasco, con
o sintormenta) el que ha dado lugar a la precipitacin. Los datos se
anotan siguiendo el horario del da pluviomtrico. La finalidad
principal de una estacin pluviomtrica es la elaboracin de la
climatologade la zona en la que se encuentra.
Rgimen pluviomtrico Estacional Se llamargimen pluviomtrico, al
comportamiento de laslluviasa lo largo del ao, promediando el monto
de las precipitaciones (lluvias, nieve, granizo convertidas a mm de
lluvia) obtenidas a lo largo de un nmero considerable de aos. Se
trata de la recopilacin de datos de las precipitaciones a lo largo
del ao en un lugar determinado.La pluviometra a nivel mundial es
funcin principalmente de la latitud as como de la distribucin de
mares y tierras.En lneas generales, a nivel mundial se pueden
establecer las siguientes zonas:
a)Zona polar.Precipitaciones bajas del orden de 100-200 mm/ao,
todas ellas en forma de nieve durante el inicio del invierno.b)Zona
templada.Precipitaciones del orden de 800-900 mm/ao, producidas en
su mayor parte por los ciclones Extra tropicales al inicio del
invierno y de la primavera; puntualmente precipitaciones
tormentosas de verano.c)Zona desrtica.Precipitaciones muy bajas de
50-100 mm/ao y muy irregulares (tanto en el espacio como en el
tiempo).d)Zona tropical.Alta pluviosidad con valores en torno a los
3000 mm/ao, con lluvias diarias convectivas que pueden alcanzar los
5.000 e incluso 10.000 mm/ao
Tipos de pluviomtrico
1.No registradores.Son los pluvimetros ms sencillos y constan de
un embudo colector, habitualmente de 8 pulgadas, que recoge la
lluvia y la vierte en un tubo medidor de seccin menor (1/10 del
dimetro del colector), donde por lectura directa (dos veces al da)
se conoce la cantidad de lluvia recogida.2.Registradores.Este tipo
de pluvimetros suministra la curva de lluvia en funcin del tiempo.
Este grfico puede ser un pluviograma o un hietograma.Elhietogramaes
el grfico de la intensidad de la lluvia en funcin del tiempo,
mientras que elpluviogramaes la distribucin en el tiempo de la
precipitacin acumulada. Por ello el pluviograma es la integral en
el tiempo del hietograma.En la medida de la lluvia existen tanto
errores humanos como producidos por el propio aparato. De estos
errores los ms habituales son los siguientes:1. El pluvimetro
necesita una precipitacin mnima para poder registrarla. Este valor
mnimo es funcin del tipo de pluvimetro, pero suele ser aprox. 0,25
mm. Este tipo de error se produce cada vez que se inicia la
precipitacin con el pluvimetro seco.2. Errores debidos a
turbulencias del viento, muy acusado cuando la precipitacin es de
nieve.3. Error por evaporacin. Este error depende de las
caractersticas climticas de la zona as como del diseo del propio
pluvimetro.4. Errores debidos a la incorrecta instalacin del
pluvimetro. Fundamentalmente se trata de la no-horizontalidad del
colector.Por ltimo para que las medidas de lluvia sean fiables se
necesita una red pluviogrfica suficientemente densa. El nmero de
pluvimetros recomendado por unidad de superficie es funcin de la
orografa, en terrenos montaosos se necesitan ms estaciones
pluviomtricas.La distribucin de las lluvias es otro condicionante
para definir la densidad de pluvimetros. En zonas llanas basta con
una estacin cada 100/150 Km2, en zona montaosa la densidad debe de
ser superior del orden de una cada 20/30 Km2.En la selva alta la
distribucin de lluvias a lo largo del ao es marcadamente
estacional, puesto que las lluvias se dan principalmente en el
verano, como se observa en la Figura. Los meses lluviosos
(diciembre a marzo) pueden concentrar algo ms del 50 % del total
anual de precipitacin.En invierno, sobre el Per se posicionan las
altas presiones subtropicales, de aire mayormente descendente, que
al descender frecuentemente de la alta tropsfera se calienta, y por
consiguiente pierde humedad relativa, siendo menos probable que
genere nubosidad y lluvias. Por otro lado, la disminucin del total
de lluvias propias de la estacin de invierno no es tan acentuada
como en otras regiones del pas, y en este Tramo evaluado, siempre
son posibles lluvias considerables durante la estacin seca, debido
a que la zona de estudio se encuentra influenciada por el efecto de
lluvias orogrficas. La selva, debido a su ubicacin geogrfica y
elevada tasa de condensacin, posee un rgimen de precipitacin
bastante regular (considerando una prolongada serie de aos).CLCULO
DE LA PLUVIOMETRA EN UNA CUENCAEn una cuenca suficientemente
extensa pueden existir datos de varias estaciones pluviomtricas, y
se plantea el problema de evaluar una precipitacin media. Existen
los siguientes mtodos de clculo:1.Media aritmtica de las
precipitaciones.Se calcula la precipitacin media como la media
aritmtica de las precipitaciones. Este mtodo slo es aceptable si
existen muchas estaciones y se observa que la precipitacin es
similar en todas ellas. Adems, el valor calculado no incluye ningn
tipo de valoracin de la distribucin espacial de las
estaciones.2.Mtodo de los polgonos de Thiessen.Se basa en asignar
cada punto de la cuenca a la estacin ms prxima; se deben unir las
estaciones de dos en dos y dibujar las mediatrices de estos
segmentos, asignando a cada estacin el rea limitada por las
poligonales que forman las mediatrices.3.Mtodo de las isohietas.En
la hiptesis de tener suficientes datos como para poder dibujar las
isohietas, se puede utilizar este mtodo que consiste en asignar al
rea entre cada dos isohietas la precipitacin media de ellas.*
Lasisohietasson lneas que unen puntos con la misma
precipitacin.
HIDROLOGALa hidrologa es el estudio del movimiento, distribucin
y calidad del agua en todas las zonas de la Tierra, y se dedica
tanto al ciclo hidrolgico como a los recursos de agua. Los
hidrlogos trabajan en ciencias ambientales o geolgicas, geografa
fsica, e ingeniera civil y ambiental.Los dominios de la hidrologa
incluyen la hidrometeorologa, la hidrologa superficial, la
hidrogeologa, la administracin del drenaje y la calidad del agua.
La oceanografa y la meteorologa no estn incluidas porque en ellas
el agua es slo uno de muchos aspectos importantes.La investigacin
hidrolgica es til en cuanto que nos permite entender mejor el mundo
en el que vivimos, y tambin proporciona conocimientos para la
ingeniera ambiental, poltica y planificacin.
Historia de la hidrologa
La hidrologa ha sido objeto de investigacin e ingeniera desde
hace milenios. Por ejemplo, sobre el ao 4000 a.C. el Nilo fue
represado para mejorar la productividad agrcola de las tierras, que
antes eran estriles. Las ciudades de Mesopotamia fueron protegidas
de los desbordamientos con altas paredes de tierra. Los acueductos
fueron construidos por los antiguos griegos y romanos, mientras que
en China se construyeron obras para controlar las inundaciones y la
irrigacin. Los cingaleses usaron la hidrologa para construir las
complejas obras de irrigacin de Sri Lanka, e inventaron vlvulas que
permitieron la construccin de grandes embalses, presas y canales
que todava funcionan.Marcus Vitruvius, en el siglo I d.C., describi
una teora filosfica del ciclo hidrolgico, en la cual se deca que la
precipitacin que cae en las montaas se infiltra en la superficie de
la tierra y provoca corrientes y brotes en las tierras bajas. Con
la adopcin de un acercamiento ms cientfico, Leonardo da Vinci y
Bernard Palissy alcanzaron de forma independiente una representacin
exacta del ciclo hidrolgico. Hasta el siglo XVII no empezaron a
cuantificarse las variables hidrolgicas.Los anlisis racionales
comenzaron a sustituir al empirismo en el siglo XX, mientras que
las agencias gubernamentales comenzaban sus propios programas de
investigacin hidrolgicos. De particular importancia fue la unidad
hidrogrfica de Leroy Sherman, la teora de la infiltracin de Robert
E. Horton y la prueba/ecuacin de los acuferos de C.V. Theis.
Desde los aos 1950, el estudio de la hidrologa ha tenido una
base ms terica que en el pasado, gracias a los avances en el
entendimiento fsico de los procesos hidrolgicos y por el uso de
ordenadores y sistemas de informacin, sobre todo geogrficos.
Ramas de la hidrologa
* Hidrologa qumica: estudio de las caractersticas qumicas del
agua.* Ecohidrologa: estudio de las interacciones entre los
organismos vivos y el ciclo hidrolgico.* Hidrogeologa: estudio de
la presencia y movimiento del agua en acuferos.* Hidroinformtica:
adaptacin de la tecnologa de la informacin a la hidrologa y sus
aplicaciones a los recursos de agua.* Hidrometeorologa: estudio de
la transferencia de agua y energa entre las superficies de tierra y
agua y la atmsfera inferior.* Hidrologa de istopos: estudio de las
firmas isotpicas del agua.* Hidrologa superficial: estudio de los
procesos hidrolgicos que tienen lugar en la superficie de la Tierra
o cerca de ella.
Medidas hidrolgicasEl movimiento del agua por la Tierra puede
ser medido de varias formas. Esta informacin es importante tanto
para la evaluacin de los recursos de agua como para el
entendimiento de los procesos implicados en el ciclo hidrolgico. Lo
siguiente es una lista de dispositivos usados por los hidrlogos y
lo que miden:
* Disdrmetro - caractersticas de precipitacin.* Olla de
evaporacin de Symon - evaporacin.* Infiltrmetro - infiltracin.*
Piezmetro - presin de agua subterrnea y, por inferencia,
profundidad del agua subterrnea.* Radar - propiedades de las nubes,
estimacin de la tasa de lluvia, y deteccin de nieve y granizo.*
Pluvimetro - lluvia y nevada.* Satlite - identificacin de reas
lluviosas, estimacin de la tasa de lluvia, uso y cobertura de la
tierra, humedad del suelo.* Higrmetro - humedad.* Correntmetro -
flujo de corriente.* Tensimetro - humedad de suelo.* Refractmetro
de dominio temporal - humedad de suelo.* Sonda de capacitancia -
humedad del suelo.
Prediccin hidrolgicaLas observaciones de los procesos
hidrolgicos se usan para hacer predicciones sobre el futuro
comportamiento de los sistemas hidrolgicos (flujo de agua y calidad
del agua). Uno de los principales intereses actuales en la
investigacin hidrolgica es la Prediccin en Cuencas No calibradas
(BAR), es decir, en cuencas donde existen muy pocos datos o
ninguno.
Hidrologa estadsticaAnalizando las propiedades estadsticas de
los archivos hidrolgicos, como la precipitacin o el flujo de un ro,
los hidrlogos pueden estimar los futuros fenmenos hidrolgicos.
Esto, sin embargo, asume que las caractersticas de los procesos
permanecen sin alterar.
Estas estimaciones son importantes para ingenieros y
economistas, de modo que pueda hacerse un anlisis de riesgo
apropiado para influir en las decisiones sobre inversin en la
futura infraestructura y determinar las caractersticas de
fiabilidad de la produccin de sistemas de abastecimiento de agua.
La informacin estadstica se utiliza para formular reglas de
operaciones para presas grandes que forman parte de sistemas que
incluyen demandas agrcolas, industriales y residenciales.
Modelos hidrolgicos
Los modelos hidrolgicos son representaciones conceptuales
simplificadas de una parte del ciclo hidrolgico. Se usan
principalmente para la prediccin hidrolgica y para entender los
procesos hidrolgicos. Hay dos tipos principales de modelos
hidrolgicos:
* Modelos basados en datos. Estos modelos son sistemas de caja
negra, que usan conceptos matemticos y estadsticos para asociar una
determinada entrada (por ejemplo, precipitacin) con un modelo de
salida (por ejemplo, escorrenta). Las tcnicas que suelen usarse son
la regresin, funciones de transferencia, redes neurales e
identificacin de sistema. Estos modelos son conocidos como modelos
de hidrologa estocsticos.
* Modelos basados en descripciones del proceso. Estos modelos
tratan de representar los procesos fsicos observados en el mundo
real. Contienen representaciones de escorrenta superficial, flujo
su superficial, evapotranspiracin y flujo de canal, pero pueden ser
mucho ms complicados. Estos modelos son conocidos como modelos
hidrolgicos deterministas. Pueden subdividirse en modelos de un
solo evento y modelos de simulacin continua.
La investigacin reciente sobre modelos hidrolgicos trata de
tener un acercamiento ms global para entender el comportamiento de
los sistemas hidrolgicos, de manera que se puedan obtener mejores
predicciones y afrontar los principales desafos en la administracin
de los recursos de agua.
Transporte hidrolgicoEl movimiento del agua es un medio
significativo por el cual otros materiales, como el suelo o los
contaminantes, son transportados de un lugar a otro. Desde los aos
60, se han desarrollado modelos matemticos bastante complejos,
facilitados por la disponibilidad de ordenadores de alta velocidad.
Las clases de contaminantes ms comunes que se analizan son
nutrientes, pesticidas, y slidos y sedimentos disueltos.
