3 CIV 333 PRECIPITACIÓN.pdf

Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca

Facultad de Ingeniera Civil

Presentado por: Ing. Waldo Medinaceli

Agosto, 2013

CIV 333 Hidrologa

PRECIPITACIN

INTRODUCCION

La precipitacin es la fuente primaria del agua en la superficie terrestre, y sus mediciones forman el punto de partida de la mayor parte de los estudios concernientes al uso y control.

Hidrologa Precipitacin

INTRODUCCION

Precipitacin

manera en que se produce

aspectos bsicos de meteorologa

manera en que se mide

anlisis, sntesis, correccin y tratamiento

de los datos.


DEFINICIN

La precipitacin, es toda forma de humedad que originndose en las nubes (aguas metericas), llega hasta la superficie terrestre.


PROCESO DE FORMACIN

Se necesita slo la ascensin de agua para que exista precipitacin?

1. A medida en que el vapor de agua va ascendiendo, se va enfriando.

2. El agua se condensa de un estado de vapor a un estado lquido, formando la niebla, las nubes o los cristales de hielo.

3. Para que esta formacin se lleve a cabo, se requiere la presencia de ncleos de condensacin.


PROCESO DE FORMACIN

Existen diversas partculas que pueden actuar como ncleos de condensacin, entre estas partculas tenemos:

Productos de la combustin, como xidos de nitrgeno y sulfuro

Partculas de sal producto de la evaporacin de la espuma marina

Algunas partculas de polvo que flotan en el aire.


PROCESO DE FORMACIN

Las gotas o cristales de hielo crecen rpidamente debido a la nucleacin, pero el crecimiento despus de esto es lento.

Constantemente hay gotas de agua que caen de las nubes, pero su velocidad de cada es tan pequea, que no llegan a la tierra.

Al aumentar el vapor, o si la velocidad de cada supera los 3 m/s, las gotas de agua incrementan su peso, provocando lluvia.


PROCESO DE FORMACIN


PROCESO DE FORMACIN

Podr formarse la lluvia artificialmente?


PROCESO DE FORMACIN

Precipitacin artificial

La produccin de la lluvia artificial es sumamente compleja y muy costosa.

En los experimentos que se vienen realizando se usa para el bombardeo de las nubes, el dixido de carbono slido (hielo seco) o el yoduro de plata; ambos agentes actan como ncleos de congelamiento.


NUBES

Las nubes producto de la condensacin del vapor de agua pueden ser:

Nubes tipo Estratos

Son consideradas como nubes de bajo nivel; por lo general, se encuentran alrededor de las montaas.


NUBES

Nubes tipo Cmulos

Las nubes de tipo cmulos son nubes de desarrollo vertical que se forman por accin convectiva y generalmente son los que producen precipitacin


NUBES

Nubes tipo Nimbos

Son de nivel medio, estas forman una capa lo suficientemente gruesa como para impedir el paso de la luz del sol, y son las responsables de las lluvias intermitentes.


NUBES

Nubes tipo Cirros

Son nubes de alto nivel, blancas y ligeras, de aspecto fibroso o filamentoso. Aparecen especialmente cuando el aire est seco.


FORMAS DE PRECIPITACIN

La precipitacin puede adquirir diversas formas debido a sus caractersticas fsicas y producto de la condensacin del vapor de agua atmosfrico, formado en el aire libre o en la superficie de la tierra, y de las condiciones locales.

Las ms comunes son:

Llovizna

Lluvia



Escarcha

Nieve

Granizo

Llovizna

Consiste en diminutas gotitas de agua lquida cuyo dimetro flucta entre 0.1 y 0,5 mm.

Por lo general la llovizna cae de estratos bajos y muy rara vez sobrepasa un valor de 1mm/h.



Lluvia

Consiste de gotas de agua lquida en su mayora con un dimetro mayor a los 5 mm.

Segn su intensidad puede ser ligera, moderada o fuerte :

Ligera: Hasta de 2.5 mm/h.

Moderada: Desde 2.5 hasta 7.6 mm/h.

Fuerte: Por encima de 7.6 mm/h.



Escarcha

Es una capa de hielo, por lo general transparente y suave, pero que usualmente tiene bolsas de aire

Se forma en superficies expuestas por el congelamiento de agua superenfriada que se ha depositado en forma de lluvia o llovizna.



Granizo

Es la precipitacin en forma de bolas de hielo, producida en nubes convectivas.

El granizo se forma a partir de partculas de hielo que, en sus desplazamientos por la nube van "atrapando" gotas de agua.

Los granizos pueden ser esferoidales, cnicos o irregulares en forma, y su tamao vara desde 5 hasta 125 mm de dimetro.



Nieve

La nieve est compuesta de cristales de hielo blanco o translucidos principalmente de forma compleja combinados hexagonalmen-te y a menudo mezclados con cristales simples.

La densidad relativa de la nieve fresca vara sustancialmente, pero en promedio se asume como 0,1gr/cm3.


TIPOS DE PRECIPITACIN

Existen tres tipos de precipitaciones:

Precipitacin Ciclnica

Se producen cuando hay un encuentro de dos masas de aire, una caliente y otra fra, y converge en zonas de bajas presiones (ciclones) .

Las nubes ms calientes son violentamente impulsadas a las partes ms altas, donde pueden producirse la condensacin y precipitacin.



Masa de aire caliente (roja) y masa de aire fra (azul)



La precipitacin ciclnica puede subdividirse en:

1. Precipitacin de frente clido

2. Precipitacin de frente fro

1. De frente clido

El aire caliente avanza hacia el aire fro

Tienen una pendiente baja entre 1/100 y 1/300, y lentamente el aire caliente fluye hacia arriba por encima del aire fro



La condensacin se presenta en la superficie de contacto de las dos masas.

Generalmente las reas de precipitacin son grandes y su duracin varia de ligera, moderada y casi continua hasta el paso del frente.

2. De frente fro

El aire fro avanza hacia el aire caliente

Tiene una pendiente casi vertical



El aire caliente es forzado hacia arriba ms rpidamente que en el frente caliente.

Precipitacin convectiva

Se presenta cuando una masa de aire que se calienta tiende a elevarse.

A medida que la masa de aire caliente se eleva, el aire se enfra llegando hasta la condensacin y da origen a la precipitacin.



La precipitacin convectiva es puntual y de corta duracin y su intensidad puede variar entre aquellas que corresponden a lluvias y aguaceros.



Precipitacin orogrfica

Se producen cuando el vapor de agua que se forma sobre la superficie de agua es empujada por el viento hacia las montaas, donde las nubes ascienden a grandes alturas, hasta encontrar condiciones para la condensacin y la consiguiente precipitacin.

Generalmente la precipitacin es mayor a barlovento, que a sotavento.



El mximo de precipitacin se producir antes o despus de la divisoria de aguas?


MEDICIN DE LA PRECIPITACIN

La precipitacin se mide en trminos de altura de lmina de agua, y se expresa comnmente en milmetros.


Indica la altura de agua que se acumulara en una superficie horizon-tal, si la precipitacin permaneciera donde cay.

MEDICIN DE LA PRECIPITACIN

En Bolivia, los registros de precipitacin son registrados y procesados por el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI), mediante su red de estaciones meteorolgicas distribuidas en todo el territorio Boliviano.


INSTRUMENTOS DE MEDICIN

Los Instrumentos de medicin de precipitacin se basan en la exposicin de un recipiente cilndrico abierto en su parte superior y de lados verticales, en el cual se recoge el agua producto de la lluvia, registrando su altura.



Los aparatos de medicin de la precipitacin son:

Pluvimetros

Pluvigrafos

Pluvimetros

Las lecturas ms detalladas que proporcionan son diarias.

Pueden ser:



1. Pluvimetros convencionales

El pluvimetro estndar Consiste en un recipiente cilndrico de lamina, de aproximadamente 20 cm. de dimetro y de 60 cm. de alto. La tapa del cilindro es un embudo receptor, el cual se comunica con una probeta graduada de seccin circular de 10 veces menor que el de la tapa.



Cada centmetro medido en la probeta corresponde a un milmetro de altura de lluvia.



2. Pluvimetros totalizadores

Se instalan en lugares que slo pueden visitarse con escasa frecuencia, normalmente una vez al ao.

Sirven para recoger precipitaciones hasta de 7500 mm.

En el interior se coloca aceite lquido de vaselina o parafina que al flotar sobre el agua evita la evaporacin



Pluvigrafos

Los Pluvigrafos o medidores con registro, son aparatos que registran la precipitacin automticamente y de forma continua, en intervalos de tiempo pequeos.

Tienen diferentes mecanismos, el ms bsico y comn es el siguiente:



Est compuesto por un tambor que gira a velocidad constante sobre el que se coloca un papel graduado. En el recipiente se coloca un flotador que se une mediante un juego de varillas a una plumilla que marca las alturas de precipitacin en el papel.



Entre los pluvigrafos ms comunes tenemos:

1. Pluvigrafo de cubeta basculante

Cuenta con dos cubetas, una de las cuales recibe el agua precipitada y al llenarse, se produce un desequilibrio que hace que la cubeta vuelque la cantidad de agua que contiene (equivalente a 0.1, 0.2 o 0.5 mm. de lluvia segn los modelos), moviendo a la segunda cubeta al lugar de recoleccin del agua.




Pluvigrafo de Cubeta Basculante


2. Pluvigrafo de balanza

Pesa el agua o la nieve que cae en una cubeta situada sobre una plataforma con resorte o bascula. El aumento en peso se registra en una carta.



3. Pluvigrafo de flotador automtico

El pluvigrafo de flotador automtico, posee un compartimiento donde se aloja un flotador que sube verticalmente a medida que va acumulando lluvia. Este medidor est dotado de un sifn que cada cierto tiempo desaloja el agua almacenada.



4. Pluvigrafo analgico digital

Los datos de la lmina de lluvia pueden ser monitoreados desde el pluvimetro con una computadora laptop, conectndola directamente a la tarjeta analgica digital o a control remoto por telfono radio mdem.


REGISTRO PLUVIOGRFICO

Pluviogrma


CURVAS CARCTERSTICAS DE PRECIPITACIN

Curva de masa precipitacin

Es la representacin de la precipitacin acumulada (diaria, mensual, anual) versus el tiempo y en orden cronolgico.



Hietograma

Grfico de barras que expresa precipitacin en funcin del tiempo en intervalos regulares de tiempo.


Utilizados en el diseo de tormentas, para el estudio de caudales mximos, y se deriva de la curva de masa.


El intervalo de tiempo depende del tamao de la cuenca. Por ejemplo para cuencas pequeas, se usan intervalos de minutos, y para cuencas grandes, los intervalos son generalmente de horas.


El rea bajo el hietograma representa la precipitacin total recibida en ese perodo.

ANLSIS DE LOS DATOS

Antes de ser estudiada (la informacin pluviomtrica o pluviogrfica) en su comportamiento debe ser revisada y analizada en tres aspectos importante:

Completa

Consistente

Extensin suficiente


ESTIMACIN DE DATOS FALTANTES

Las estaciones pueden dejar de registrar informacin en algunos periodos de tiempo:

Fallas en el instrumento

Ausencia del operador

Otro

Los datos de precipitaciones faltantes son estimados en base a los registros de las estaciones cercanas.


ESTIMACIN DE DATOS FALTANTES DIARIOS O MENSUALES

Algunos de los mtodos de estimacin de registros de precipitacin diarios y mensuales son:

Mtodo del promedio aritmtico

Mtodo de la relacin normalizada

Mtodo del U. S. National Weather Service


Promedio aritmtico

La variacin de la precipitacin media anual en cada estacin auxiliar debe estar dentro de un 10%, en comparacin con la estacin incompleta.

El registro histrico debe ser de 25 aos o ms.

Este mtodo tambin es aplicable a datos anuales faltantes.



=1

=1

Donde:

Px = registro de precipitacin estimado

n = nmero de estaciones auxiliares

Pi = precipitaciones de las estaciones vecinas



Ejemplo

Con los datos de precipitacin media anual de tres estaciones auxiliares (A, B, C) completar los datos faltantes de precipitacin diaria en la estacin (X), para el da 25 de junio.


precipitacin media anual (mm) precipitacin diaria faltante (mm)


Verificamos la variacin con las dems estaciones vecinas

Estacin A

Estacin B

Estacin C


OK

OK

OK


Calcular la precipitacin faltante en da lunes 25 junio

25 =1

315 + 20 + 25

25 = 20



Regresin normalizada

Se utiliza cuando precipitacin media anual (o mensual) de cualquiera de las estaciones auxiliares difiere en ms de un 10% de la medida en la estacin incompleta.

=1

11 +22 ++

Donde:

Px = registro de precipitacin estimado



n = nmero de estaciones auxiliares

Nx = precipitacin media anual o mensual en la estacin incompleta

Ni = precipitacin media anual o mensual en las estaciones auxiliares

Pi = precipitacin anual o mensual observada en las estaciones auxiliares para la misma fecha que la faltante



Ejemplo

=1

3

781.8

623.6712.3 +

781.8

774.9762.5 +

781.8

822.1854

= 824.8



U. S. National Weather Service

Es estimada en base a la distancia entre las estaciones auxiliares y la estacin de anlisis.

El mtodo puede ser aplicado para estimar valores diarios, mensuales o anuales.

Se recomienda utilizar cuatro estaciones (las ms cercanas), de manera que cada una quede localizada en uno de los cuadrantes que definen unos ejes coordenados que pasan por la estacin incompleta.



=

Px = registro de precipitacin estimado (mm).

Pi = Precipitacin observada para la fecha faltante en las estaciones auxiliares circundantes (como mnimo 2) mm.

Wi = 1/Di2

Di = distancia entre cada estacin circun-dante y la estacin (Km)



Ejemplo

El registro de precipitacin mensual de la estacin Largunmayu de la cuenca taquia (Tver tabla), tiene el ao de 1999 registros incompletos. Se pide completar los registros mensuales faltantes por medio del mtodo del U.S. National Weather Service.



Clculo valores de Wi

Clculo precipitacin para los meses faltantes



ESTIMACIN DE DATOS FALTANTES ANUALES

Los registros anuales faltantes se determinan con los siguientes mtodos:

Mtodo de los promedios

Mtodo de la recta de regresin lineal



Mtodo de los promedios

Se escoge una estacin ndice (PA) cuya precipitacin media anual es PA ; si la estacin con dato faltante es PX, se halla su correspondiente precipitacin media anual PX con la siguiente proporcin:



Ejemplo

Con los datos de precipitacin en la estacin Laguna Taquia (Estacin ndice) complementar los datos faltantes en las estaciones faltantes Largunmayu, Linkupata y Janamayu, por el mtodo de los promedios.



Clculo para los aos faltantes



Datos faltantes encontrados:



Mtodo de la recta de regresin lineal

Para completar registros anuales en uno o ms aos, seguidos o intercalados, el uso de regresin lineal entre la estacin incompleta y otra u otras cercanas es de enorme ayuda para estimar valores faltantes.

Se debe efectuar la regresin y obtener la correlacin (coeficiente de determinacin) para evaluar la bondad del ajuste lineal.




Ejemplo Debido a su proximidad con un proyecto de riego, la estacin pluviomtrica PAROTANI, se utilizara para estimar el valor de la precipitacin media anual en la zona. La estacin PAROTANI nicamente cuenta con un registro de 22 aos en el periodo 1973 -2001, pero la estacin ANZALDO que es la PAROTANI ms cercana (distante de 24.08 Km.) tiene un registro de 36 aos en el periodo de 1964-2001. Se requiere probar si conviene ampliar el registro de la estacin PAROTANI a partir de los datos de la estacin ANZALDO y realizar la inferencia en caso sea afirmativo.



Construccin del diagrama de dispersin



clculo de los coeficientes



Obtencin de la recta



Valores estimados

ESTIMACIN DE DATOS FALTANTES


Regresin bivariada

3 CIV 333 PRECIPITACIÓN.pdf

Documents

nubes producto

nubes de tipo cmulos

nubes tipo estratos

nubes de desarrollo

nubes aguas metericas

vapor de agua

gotas de agua

ascensin de agua