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F. Javier Snchez San Romn---- DPTO.DE GEOLOGA 06/01/01 Precipitaciones -. Pg. 1

PrecipitacionesConcepto. Tipos

Medida. Unidades

Elaboracin de los datos pluviomtricos de un puntoRepresentaciones grficasEstudio de un aguacero: Curva intensidad-duracinOrdenes de magnitud

Elaboracin de los datos de una zona. Clculo de la P mediaRelacin P-altitudMapa de isoyetasPolgonos de ThiessenHomogeneizacin de las series pluviomtricas

Concepto. Tipos

Precipitacines cualquier agua meterica recogida sobre la superficie terrestre. Esto incluyebsicamente: lluvia, nieve y granizo. (Tambin roco y escarcha que en algunas regiones constituyenuna parte pequea pero apreciable de la precipitacin total)

En relacin a su origen, pueden distinguirse precipitaciones ciclnicas, de conveccin y orogrficas. Lasciclnicasson las provocadas por los frentes asociados a una borrasca o cicln. Las de conveccinseproducen por el ascenso de bolsas de aire caliente; son las tormentas de verano. Las precipitacionesorogrficasse presentan cuando masas de aire hmedo son obligadas a ascender al encontrar una barreramontaosa. La mayor parte del volumen de precipitacin recogido en una cuenca se debe a lasprecipitaciones ciclnicas.

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 deagua a una cuenca. Tambin es fundamental en la previsin de avenidas, diseo de obras pblicas,

estudios de erosin, etc.

Intensidad de precipitacines igual a precipitacin/tiempo.

Medida. Unidades

Podemos cuantificar las precipitaciones cadas en un punto mediante cualquier

recipiente de paredes rectas, midiento despus la lmina de agua recogida. La unidad

de medida es el milmetro

1

. Es obvio que el tamao del recipiente de medida noinfluye en el espesor de la lmina de agua recogida.

La intensidad de precipitacin, aunque conceptualmente se refiere a una instante,suele expresarse en mm./hora2.

Pluvimetros:Para poder leer con ms precisin el agua recogida ( 0,1 mm) unpluvimetro recoge el agua en una bureta de seccin menor a la de la boca del

pluvimetro. La lectura del agua recogida se efecta una vez al da3.

1La unidad de litros / m2es equivalente al mm.:Un litro repartido por una superficie de 1 m2origina una lmina de

agua de 1mm.

2En el diseo de obras pblicas suele utilizarse el litro/seg.Ha3En zonas difcilmente accesibles, se instalanpluvimetros totalizadores, de mayor tamao y con una sustancia oleosa

recubriendo el agua para evitar la evaporacin.


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En realidad, s se aprecian pequesimas variaciones dependiendo del tamao del recipiente, y tambin dela altura desde el suelo, por lo que cada pas fija estos parmetros: En Espaa, la boca del pluvimetro es de200 cm

2y debe estar a 1,5 metros de

altura sobre el suelo.

El mximo error puede proceder de

una ubicacin defectuosa del

pluvimetro. La norma fundamentales que debe estar alejado de rboles o

construcciones elevadas, en general ams del doble de la altura del

obstculo.

Pluvigrafos:En general, una medida al da de la precipitacin puede ser suficiente, pero en

muchas ocasiones necesitamos un registro continuo del fenmeno; por ejemplo, si en un da han

cado 100 mm., la avenida que podra originarsesera diferente si se han registrado a lo largo de

todo el da o si han cado en una hora.

Un pluvigrafo clsico funciona como unpluvimetro dotado de un flotador que hace subira una plumilla que registra grficamente el

llenado del recipiente a lo largo del tiempo.

Modelos ms modernos registran los datoselectrnicamente para ser pasados despus a un

ordenador, o los comunican instantneamente a

una oficina central (por ejemplo, para previsin deavenidas).

El grfico obtenido en la banda del pluvigrafo

se denomina pluviograma, y refleja la recipitacin

acumulada en funcin del tiempo.La pendiente del grfico obtenido en el

pluvigrafo nos permite calcular la intensidad de

precipitacin en cada momento.

Nivmetros: Los ms bsicos estn constitudos por una superficie, similar a una mesa, con una escala encentmetros para medir el espesor cado. Aproximadamente, 1 cm. de nieve equivale, u origina, 1 mm. deagua. En zonas de alta montaa, a veces se instalan estacas con marcas de colores visibles desde helicptero.

Redes pluviomtricas. Cada pas dispone de una red de pluvimetros y son estos datos los que se

utilizan para cualquier estudio; raramente se instalan algunos para una investigacin concreta. Una

red de pluvimetros debe estar adecuadamente diseada, dependiendo del relieve, de la densidad de

poblacin, del inters para obras hidralicas, previsin de avenidas, etc. Como primeraaproximacin, en zonas llanas puede bastar con un pluvimetro cada 250 km2, pero en zonas de

montaa la densidad debe ser mayor.

Elaboracin de los datos pluviomtricos de un punto

Depende de los objetivos del trabajo. Por ejemplo, para evaluar la erosin provocada por la lluvia,puede interesar extraer las precipitaciones mximas cadas en intervalos de 30 minutos, o

intensidades de precipitacin de una magnitud determinada. Para obtener estos datos sera necesario

el estudio de las bandas de pluvigrafo.


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En un caso general, los datos que se computan bsicamente para una estacin pluviomtrica son: Pdiaria, P mensual y P anual (Mdulo pluviomtrico), obtenidas simplemente sumando las

precipitaciones diarias del mes y del ao. El ao hidrolgico va del 1 de Septiembre al 31 de

Agosto4.

El paso siguiente es calcular los valores medios para una serie de aos: P mensual media y P anual

media. Para esto necesitamos disponer de series climticaslargas, en general ms de 20 aos. Aspodemos decir que la P anual media en un punto de 1972-73 a 1994-95 (22 aos hidrolgicos) es de485 mm. Si decimos que la P media de Octubre para el mismo periodo es de 63 mm., nos estamos

refiriendo a la media aritmtica de las precipitaciones de los 22 Octubres de ese periodo.

Representaciones grficas

Un hietograma(o yetograma, del griego Hietos, lluvia) es un histograma (grfico de barras) queexpresa P en funcin del tiempo. La variacin de la P a lo largo del ao tambin sera un hietogramaanual (en el eje de abcisas los 12 meses), pero en este caso es ms usual un grfico de lnea.

Normalmente un hietograma se refiere a un da o a una tormenta concreta (en el eje de abcisas, las

horas que dur la tormenta). A partir del pluviograma, se lee la P cada en el intervalo elegido, porejemplo, 10 minutos. En ordenadas puede figurar la P cada en los sucesivos intervalos de 10

minutos, o bien la intensidad de precipitacin (mm/hora) en cada intervalo de 10 minutos.

Estudio de un aguacero: Curvaintensidad-duracin

Esto es importante para relacionar

posteriormente las precipitaciones con los

caudales generados en los cauces superficiales,

por ejemplo para el diseo de obras pblicasrelacionadas con la escorrenta superficial. En

lugar de representar el aguacero

cronolgicamente, como en el hietograma, sebusca en los datos pluviogrficos los 5 minutos

de mxima precipitacin, , los 10 minutos, etc...5

Ordenes de magnitud

En Espaa, laprecipitacin anual mediaoscila en la mayora de las regiones entre 400 y 1000 mm.,aunque en el SE las medias anuales son inferiores a 300 mm. y en algunos puntos de Galicia y en zonas demontaa presentan valores muy superiores a 1000 mm.

En el mundo encontramos precipitaciones desde 20-30 mm/ao (por ejemplo, El Cairo), hasta valoressuperiores a 5000 mm./ao en reas sujetas a climas monznicos.

En cuanto a las intensidades, una lluvia ligera oscila entre 0.25 a 1 mm/hora, y una lluvia intensa otorrencial sobrepasa los 20 mm./hora. Las precipitaciones que originan avenidas catastrficas sonexcepcionalmente intensas, por ejemplo 210 mm. en 90 minutos (Valencia, 1957) o 300 mm. en 4 horas(Catalua, 1971).

4A veces se considera el ao hidrolgico de Octubre a Septiembre. Muchos datos hidrolgicos estn ordenados de

este modo. De todos modos, en otras partes del mundo sto es variable segn el rgimen climtico.

5El paso siguiente es el trazado de curvas intensidad-duracin-frecuencia. En este grfico aparecen varias curvasintensidad-duracin que se producen en ese punto con un periodo de retorno calculado estadsticamente de 10, 20, ...aos


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Estudio estadstico

Cuando disponemos de series pluviomtricas largas (ms de 20 aos) podemos calcular qu

probabilidad existe de que las precipitaciones del ao prximo superen un determinado valor, o, alrevs, que precipitacin se supera (por ejemplo) un 10% de aos.

Si, en lugar de manejar una serie de nprecipitaciones anuales, se consideran nprecipitaciones del

mes de Marzo, calcularemos la probabilidad de que el prximo Marzo la precipitacin ser mayorque un valor concreto.

En cualquiera de los casos, debe ajustarse la serie de datos a una ley estadstica (Gauss, Gumbel,..)

Elaboracin de los datos de una zona. Clculo de la P media

Normalmente la unidad de trabajo ser una cuenca hidrolgica, y los objetivos sern bsicamenteel clculo de la precipitacin media cada sobre la cuenca (o su equivalente: el volumen total deagua recogidoen la cuenca) y, eventualmente, la distribucin espacial del fenmeno, su variacin

en relacin con alguna variable fsica de la cuenca.

Vamos a centrarnos en el clculo de la P mediacada sobre una cuenca en un periodo determinado( un da, un ao,...). Una vez conocido este valor, se obtiene fcilmente el volumen de aguacadomultiplicando por la superficie total de la cuenca.

Si las estaciones pluviomtricas estuvieran repartidas homognamente, bastara con calcular lamedia aritmtica, pero como en las zonas de montaa la densidad de puntos es mayor que en la

llanura, este procedimiento genera un error grande. Se utilizan dos procedimientos: el mapa de

isoyetas y los polgonos de Thiessen. Previamente conviene considerar la variacin de laprecipitacin con la altitud.

Relacin P-altitud

Se representa la P en funcin de la cota de cada estacin pluviomtrica. Las precipitaciones

aumentan con la altitud, hasta una cierta cota (altura ptima pluvial), a partir de la cual se

registran precipitaciones menores; esto slo se aprecia en cuencas con cotas elevadas, del orden de2000 metros.

Mapa de isoyetas

Se trazan isolneas que engloben puntos conprendidos en los intervalos elegidos. El valor de las

isolneas depende del periodo considerado y de la extensin de la zona de estudio; por ejemplo, para

un mapa de isoyetas anuales podran representarse isoyetas de100 en 100 mm., aunque si se trata de un rea sin grandes

variaciones en la pluviometra, el intervalo debera ser menor.

Al trazar las isolneas, sin en alguna zona no disponemos desuficientes puntos, las curvas de nivel del mapa pueden servir deayuda si previamente hemos considerado la relacin entre P y laaltitud.

Tambin se puede confeccionar un mapa de isoyetas para un da,con el fin de estudiar un aguacero determinado. En ese caso, laequidistancia entre isoyetas sera menor, por ejemplo de 10 mm.

Para

calcular la P media (Pm), basta calcular la mediaponderada:

total

nn

m S

PS...PP

SPP

SPSP

'22'32

321

211 ++

+

+

+

+

=


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Los valores Sison las superficies obtenidas planimetrando las franjas que quedan entre isoyetas, yPilas precipitaciones asignadas a cada isoyeta (ver la Figura). Las precipitaciones corespondientes alas dos franjas extremas (P1yPn) se asignan a estima.

Un mapa de isoyetas es un documento bsico dentro del estudio hidrolgico de una cuenca: no

solamente nos permite cuantificar el valor medio, como hemos indicado, sino que presentagrficamente la distribucin espacial de la precipitacin para el periodo considerado.

Polgonos de Thiessen

Mientras que el procedimiento anterior conlleva un cierto grado de subjetividad, el trazado de

polgonos es absolutamente objetivo. Cada estacin pluviomtrica se rodea de un polgono y se

supone que todo el polgono recibe la misma precipitacin que el punto central.

Para trazar los polgonos se trazan las mediatrices(perpendicular en el punto medio) de los segmentos queunen las diversas estaciones pluviomtricas.

Planimetrando los polgonos, obtenemos sussuperficies (Si), y la P media (Pm), se calcula con lamedia ponderada:

Tanto en esta frmula como en la aplicada al mapa

de isoyetas, el numerador coresponde al volumen de

agua precipitado.

Homogeneizacin de las series pluviomtricasSi todo lo anterior se refiere a la P media de una serie de aos, debe realizarse sobre series de datos

anlogas para todos los puntos. Sera incorrecto realizar, por ejemplo, un mapa de isoyetas de una cuenca yque los datos de un punto fueran la media de 25 aos y los de otro de 13 aos.

1. Se elige un intervalo de aos para el que la mayora de las estaciones dispongan de series completas.Se desprecian las estaciones con pocos datos en el intervalo elegido.

2. Si faltan algunos datos, se pueden completar, estableciendo una correlacin entre una estacinincompleta y otra estacin completaprxima. Se establece la correlacinutilizando los aos comunes entredos estaciones, y con la ecuacin

obtenida se estiman los datos quefaltan a partir de los datos de laestacin que s los tiene.

Bibliografa

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