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TEMA 3: Precipitaciones
MARTA GONZÁLEZ DEL TÁNAGOUNIDAD DOCENTE DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTALE.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
- Importancia y significado hidrológico
- Formas de producirse
- Procesos que originan las precipitaciones
- Medición de las precipitaciones
- Estimación de la precipitación media sobre una superficie
- Caracterización de las precipitaciones:
- Altura, Duración, Frecuencia
CONTENIDO
- Régimen de precipitaciones: Estudio de series históricas
- Comprobación y Validación de las series de registros
- Precipitaciones anuales, mensuales, diarias
- Precipitaciones máximas
- Análisis de los aguaceros
- Relaciones Altura-Duración-Frecuencia
- Tendencias temporales
CONTENIDO (continuación)
Importancia de las precipitaciones:
• Son la principal fuente de entrada de agua en una cuenca vertiente.
• Controlan el paisaje natural y las actividades humanas.
Dunne & Leopold (1978)
• Lluvia• Nieve• Granizo• Rocío y escarcha
a) Enfriamiento del aire por cambios de presiónPrecipitaciones verticales (convencionales)
FORMAS DE PRODUCIRSE LAS PRECIPITACIONES:
PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES
b) Enfriamiento del aire por contacto de superficies fríasPrecipitaciones horizontales (ocultas)
a) Enfriamiento del aire por cambios de presión:- Precipitaciones orográficas- Precipitaciones convectivas- Precipitaciones de tipo ciclónico
PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES:
Húmedo
Seco Cálido
Aire frío
FrontalOrográfica
Convectiva
10
30
20
Altura
(1000 pies)
PRECIPITACIONES CICLÓNICAS
Frente de la superficie
Masa de aire frío
Masa de aire cálido
Superficie de la Tierra
Superficie frontal
• Pluviómetros y Pluviógrafos• Rádares y Satélites• Análisis del manto de nieve• Condensaciones ocultas
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
Precipitación media sobre una superficie
Información disponible: Datos de precipitación procedentes de estaciones meteorológicas (datos puntuales)
Media aritmética:
V: Sencillez de cálculo
I: No tiene en cuenta rango altitudinal, ni localización geográfica de las estaciones
a) Media aritmética:3.6 + 2.4 + 2.0
3= 2.66 mm.
3.6
2.0
2.4
4.0
Polígonos de Thiessen:
Cada polígono asocia un área de influencia a la estación meteorológica correspondiente
V: Corrige errores por localización geográfica irregular
I: Los polígonos están trazados con criterios meramente geométricos
Precipitación media sobre una superficie
4.0
3.6 2.4
2.0
b) Método de los polígonos de Thiessen:
Pi (mm.) Ai (mi2) Ai/At(Pi)(Ai/At)
(mm.)
4.0 1.5 0.064 0.256
3.6 7.2 0.305 1.098
2.4 5.1 0.216 0.5184
2.0 9.8 0.415 0.83
∑ = 23.6 1.000 2.7024 mm.
Método de las isoyetas:
Isoyeta: Línea de puntos de igual precipitación
V: Tiene en cuenta la topografía
I: Para dibujar las isoyetas se necesita disponer de una red densa de estaciones meteorológicas
Precipitación media sobre una superficie
4.03.6
2.4
2.0
4.0
3.62.4 2.0
c) Método de las isoyetas:
Lluvia media = 61.2 / 23.6 = 2.60 mm.* Estimado
Isoyeta (mm.) A (mi2) Pav (mm.) V (mm.-
mi2)
4.0 5.1 3.8 19.38
3.6 9.8 3.0 29.4
2.4 3.1 2.2 6.82
2.0 5.6 1.0* 5.6
23.6 61.2
Método hipsométrico:
V: Aprovecha información regional de precipitaciones, y su relación con la altitud.I: Requiere disponer de la curva hipsográfica de la cuenca.
Precipitación media sobre una superficie
Shaw (1983)
CARACTERIZACIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
- Altura
- Duración e Intensidad
- Frecuencia
- Periodo de retorno
• Elegir las series de mayor duración: a partir de 20-30 años consecutivos.
• Las estaciones meteorológicas seleccionadas dentro de una misma cuenca deben coincidir en el periodo de años considerado.
• En ocasiones, conviene comprobar la validez de las series, o completarlas cuando falta algún dato aislado, relacionando unas estaciones con otras.
SERIES DE PRECIPITACIONES: Registros históricos correspondientes a una serie de años consecutivos
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= c
c
xb
b
xa
a
xx P
NNP
NNP
NNP
31
Comprobar la validez de las series: Dobles acumulaciones
Completar las series de registros: Correlación entre estaciones
Dunne & Leopold (1978)
Serie de PRECIPITACIONES ANUALES
•Reflejan la precipitación acumulada anual de cada año
•Se asume que se ajustan a una distribución normal, y quedan caracterizadas por su media, desviación típica y coeficiente de variación
•Cuanto mayor es la precipitación anual, mejor se ajusta a la distribución normal
Año
P. a
nual
(mm
)
1950 1960 1970 1980 1990
250
450
650
850
1050
1250
1450
Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)
P.anual (mm)
frec
uenc
ia
250 350 450 550 650 750 8500
3
6
9
12
15
18Media(mm) 501,7
Moda(mm) 476,5
S.D (mm) 109,5
C.V 0,22
Mínimo (mm) 274,9
Máximo (mm) 769,0
Rango (mm) 494,1
Serie de PRECIPITACIONES MENSUALES• Reflejan la precipitación acumulada mensual de cada año.
• Se asume que se ajustan a una distribución normal, y quedan caracterizadas por su media, desviación típica y coeficiente de variación.
• En la práctica, se ajustan mejor a una distribución lognormal o exponencial.
Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)
P. mensual (mm)
frec
uenc
ia
0 20 40 60 80 100 1200
3
6
9
12
15
18
Abril
P. mensual (mm)
frec
uenc
ia
0 30 60 90 120 1500
5
10
15
20
25
Diciembre
0%
20%
40%
60%
80%
100%
20-44 44-63 63-84
P. mensual (mm)
Norm
Logn
Exp
Porcentajes de los tipos de distribución seguidos según los distintos intervalos de precipitaciones medias mensuales, de las estaciones Molina de Aragón, Prados Redondos, Tramacastilla, Toril y Griegos (Teruel). Periodo de años: 1950-2000 (Romero, 2002).
Series de PRECIPITACIONES MÁXIMAS en t horas
• Indican la precipitación máxima en t horas de cada año. Las series más frecuentes son las correspondientes a t=24 horas.
• Se ajustan a distribuciones de valores extremos, siendo la distribución Gumbel una de las más utilizadas:
)(
)(μα −−−=
xeexF )5772,0(α
μ +=x2
22
6απ
=S
• F(x) es la probabilidad de que se produzca una precipitación menor que x. Su relación con el periodo de retorno T es la siguiente:
11)( =+T
xF
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS
• Relación Altura-Duración:
ntch ∗=
h: altura de lluvia t: duraciónn: exponente <1c: coeficiente regional
V. M. Ponce (1989)
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS
• Relación Intensidad-Duración:
i: intensidad de lluvia t: duraciónn: exponente <1c: coeficiente regional1 siendo
1
−==
== −
nmtcni
cntidtdh
m
n
zona cada de constante una es y donde)(
bcnabt
ai m
=+
=
Con más frecuencia, esta relación se expresa de la forma:
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS
• Relación Intensidad-Duración-Frecuencia:k: coeficiente regionalT: periodo de retornob: constante de cada zona
mn
btkTi )( +
=
Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF)
V. M. Ponce (1989)
PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN ESPAÑA
)128/()28( 1,01,01,01 )( −−= D
II
ddI
I 24d
dPI =
Témez (1987)
Témez (1987)
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES
- Método de las medias móviles
mm
Año
P. anualM.móv.(3 años)M.móv.(5 años)P. med. periodo
1950 1960 1970 1980 1990 2000270
370
470
570
670
770
Datos de Molina de Aragón (Romero, 2002)
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES
- Método de las medias móviles
Datos de Tramacastilla (Teruel) (Romero, 2002)
P. a
nual
(mm
)
Año
P. anualM. móvil (3 añoM. móvil (5 añoP. med. periodo
1950 1960 1970 1980 1990 2000250
450
650
850
1050
Año
P. a
nual
(mm
)1950 1960 1970 1980 1990 2000
250
400
550
700
850
1000
1150
1300
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES
- Método de las medias móviles:
mm
Año
P. mensualM .móv.(5-5)P. media
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20000
20
40
60
80
Año
mm
1960 1970 1980 1990 20000
20
40
60
80
mm
Año
P. mensualM. móvil (5-5P. media
1950 1960 1970 1980 1990 20000
20
40
60
80
100
120
Febrero, Prados Redondos
Año
mm
1950 1960 1970 1980 1990 20000
20
40
60
80
100
120
Marzo,Tramacastilla
Romero (2002)