precipitacion 03-2015

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LA PRECIPITACIÓN
La precipitación es una parte importante del  ciclo hidrológico y es responsable por depositar agua dulce en el
planeta (en continentes). La precipitación es generada por las  nubes, cuando alcanzan un punto de
saturación; en este punto las gotas de agua (o pedazos de hielo) se forman y caen a la Tierra por  gravedad. 
Es posible inseminar nubes para inducir la precipitación rociando un polvo fino o un químico apropiado
(como el nitrato de plata) dentro de la nube, generando las gotas de agua e incrementando la probabilidad
de precipitación. Sin embargo, es difícil hacer que llueva en el sitio de interés.
La lluvia es un fenómeno atmosférico iniciado con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes.
Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial la lluvia es la precipitación de partículas
de agua líquida de diámetro mayor de 0.5 mm o de gotas menores pero muy dispersas. Si no alcanza la
superficie terrestre no sería lluvia sino virga y si el diámetro es menor sería llovizna1 
La lluvia depende de tres factores: la presión, la temperatura y especialmente la radiación solar. El
movimiento de traslación de la tierra y su latitud determina el clima de una determinada región y el régimen
de lluvia. Sin embargo, la cantidad de lluvia anual y su distribución mensual estará influenciada por varios
factores propios de un sitio, tales como, relieve, altitud, proximidad al océano y vientos.
1.  Medición de la precipitación:
La determinación de los valores precipitados para cada una de las modalidades mencionadas se efectúa con
instrumentos especiales estandarizados y registrándose los valores en horarios preestablecidos, con la
finalidad de que los valores indicados para localidades diferentes sean científicamente comparables.
Los instrumentos más frecuentemente utilizados para la medición de la  lluvia y el granizo son los
pluviómetros y pluviógrafos, estos últimos se utilizan para determinar las precipitaciones pluviales de corta
duración y alta intensidad. Estos instrumentos deben ser instalados en ubicaciones apropiadas donde no se
produzcan interferencias de edificaciones, árboles, o elementos orográficos como rocas elevadas.
La precipitación pluvial se mide en mm, que equivale al espesor de la lámina de agua que se formaría, a causa
de la precipitación sobre una superficie plana e impermeable. A partir de 1980 se está popularizando cada
vez más la medición de la lluvia por medio de radares meteorológicos, los que generalmente están
conectados directamente con modelos matemáticos, que permiten así determinar la lluvia y los caudales en
tiempo real, en una determinada sección de un río.
1.1 El pluviómetro:
Es un instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas para la recolección y medición de la precipitación.  Consta de tres secciones: una boca receptora, una sección de retención con capacidad para 390 mm de
 
 
precipitación, y dentro de ella una parte colectora para trasvasar a una probeta graduada el agua recogida para su medición. La precipitación ingresa por la boca y pasa a la sección colectora, luego de ser filtrada (para evitar que entren hojas o cualquier otro objeto). La boca del recipiente deberá estar instalada en posición horizontal, al aire libre y con los recaudos para que se mantenga a nivel y protegida de los remolinos de viento. La probeta debe estar graduada teniendo en cuenta la relación que existe entre el diámetro de la boca del pluviómetro y el diámetro de la probeta. El pluviómetro debe estar instalado a una altura de 1.50 m y los edificios u otros obstáculos deben estar a una distancia de por lo menos 4 veces su altura. Si la precipitación cae en forma de nieve, debe ser derretida. También puede medirse la altura de la capa de nieve con una regla (en centímetros).
Conforme a la Norma Internacional el pluviómetro estándar es el tipo Hellman de 200 cm2 de área receptora.
PLUVIÓMETRO Componentes del pluviografo
1.2 Pluviógrafo:
La precipitación cae a un recipiente que tiene un flotador unido a una pluma inscriptora que actúa sobre una
faja de papel reticulado. Esta faja está colocada sobre un cilindro que se mueve a razón de una vuelta por día
gracias a un sistema de relojería. El milímetro de precipitación es la caída de 1 litro de precipitación en un
área de 1 metro cuadrado.
 
 
2.  Variación temporal de la precipitación:
La variación anual de las precipitaciones se da en el ámbito de un año, en efecto, siempre hay meses en que
las precipitaciones son mayores que en otros. Para poder evaluar correctamente las características objetivas
del clima, en el cual la precipitación, y en especial la lluvia, desempeña un papel muy importante, las
precipitaciones mensuales deben haber sido observadas por un período de por lo menos 20 a 30 años, lo que
se llama un período de observación largo.
La variación estacional de las precipitaciones, en especial de la lluvia, define el año hidrológico. Este da inicio
en el mes siguiente al de menor precipitación media de largo período.
3.  Altura de precipitación:
Para realizar mediciones, se comprobaría la altura del agua de lluvia que cubriría la superficie del suelo, en el
área de influencia de una estación pluviométrica, si pudiese mantenerse sobre la misma sin filtrarse ni
evaporarse. Se expresa generalmente en mm.
La medición de la precipitación se efectúa por medio de pluviómetros o pluviógrafos, los segundos son
utilizados principalmente cuando se trata de determinar precipitaciones intensas de corto período. Para que
los valores sean comparables, en las estaciones pluviométricas, se utilizan instrumentos estandarizados
conforme a la normativa.
Estación meteorológica:
Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y registrar regularmente diversas variables
meteorológicas. Estos datos se utilizan tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de
modelos numéricos como para estudios climáticos. 
4.  Métodos para calcular la precipitación media de una cuenca hidrografica
4.1 Promedio aritmético: Es el método más simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estación. Pueden incluirse estaciones fuera del dominio (área de estudio), cercanas al borde, si se estima que lo que miden es representativo. El método entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el área de la cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografía es poco variable, de forma de minimizar la variación espacial por esta causa. Este método puede usarse para promedios sobre períodos más largos, en que sabemos que la variabilidad espacial será menor. Si se conocen las lluvias anuales en cada estación, el método puede refinarse ponderando cada estación por su aporte anual.
4.2 Método del Mapa de Isoyetas: Este es uno de los métodos más precisos, pero es subjetivo y dependiente del criterio de algún hidrólogo que tenga buen conocimiento de las características de la lluvia en la región estudiada. Permite incorporar los mecanismos físicos (orografía o relieve) que explican la variabilidad de la lluvia
 
 
dentro de la cuenca. El método consiste en trazar líneas de igual precipitación llamadas isoyetas a partir de los datos puntuales reportados por las estaciones meteorológicas. (Fig. 1)
Al área entre dos isoyetas sucesivas, se le asigna el valor de precipitación promedio entre tales isoyetas. Conociendo el área encerrada entre pares sucesivos de isoyetas, obtenemos la precipitación regional. El método requiere hacer supuestos en "cimas" y "hoyos", es decir cerros y depresiones.
Al trazar las isoyetas para lluvias mensuales o anuales, podemos incorporar los efectos topográficos sobre la distribución espacial de la precipitación, tomando en cuenta factores tales como la altura y la exposición de la estación. También se recomienda este método para calcular promedios espaciales en el caso de eventos individuales localizados.
Figura (1) Trazado de Isoyetas. 
4.3 Polígonos de Thiessen El dominio o área de estudio se divide en G subregiones o zonas de influencia en torno a cada estación pluviométrica. La precipitación medida (o calculada) en cada pluviómetro se pondera entonces por la fracción del área total de la cuenca comprendida en cada zona de influencia. Las subregiones se determinan de manera tal que todos los puntos incluidos en esa subregión estén más cercanos al pluviómetro correspondiente que a cualquier otra estación. Una vez delimitadas las G zonas de influencia, y calculadas sus áreas ai (dentro de la cuenca)  , se obtiene el promedio espacial según:
 
 
  Una vez calculados, los coeficientes de Thiessen (ai / A) no cambian, por lo que es fácil usar el método para muchos eventos o períodos distintos. Si en algún caso faltaran datos en una estación, es más fácil estimarlos que rehacer todos los polígonos obviando tal pluviómetro. Si se altera la red hidrometeorológica, sí deben recalcularse los coeficientes del método.
  Esta metodología es objetiva y entrega resultados satisfactorios si se tiene una red adecuada de pluviómetros. No es recomendable en áreas montañosas, ya que los coeficientes no reflejan de ninguna manera los efectos altitudinales (orografía), y tampoco se recomienda su aplicación para derivar promedios regionales en el caso de tormentas locales intensas.
Figura 2. Trazado de los polígonos de Thiessen
5.  Calculo de datos faltantes
Para propósitos de cálculo de la lámina de lluvia promedio anual en una cuenca o área de estudio
hidrológico, se requiere obtener datos de estaciones existentes operadas por una institución,
normalmente estatal.
Lo ideal es disponer de datos para estaciones dentro del área de estudio y estaciones vecinas a esta área,
los registros deben ser de un periodo de tiempo común no inferior a 10 años.
Por diferentes causas, algunos registros no están completos y es necesario calcular los datos faltantes.
Los datos pueden ser mensuales o anuales y para cada caso hay una fórmula de cálculo.
5.1 Datos mensuales:
Por ser un periodo de tiempo corto en el que puede haber mucha variación en la cantidad de lluvia, se
necesita la distancia entre la estación X y las otras estaciones vecinas (dx-A), (dx-B), etc, como un factor
de control del dato. Además de los registros mensuales en cada estación para el mes y año de cálculo, PA,
PB, etc, se necesitan los registros históricos de cada estación, GA, GB, etc. Se requiere de un buen periodo
de tiempo para saber y entender el comportamiento de la lluvia (régimen) en esa zona o tendencias de
 
 
Px= Gx (dx-A) 2
(dx-A) 2
(dx-B) 2
(dx-C) 2
La distancia representa un peso que aumenta para estaciones cercanas y disminuye para estaciones muy
alejadas. Los datos de distancia en Km, los datos de lluvia en mm y el resultado en mm.
5.2 Datos anuales:
Por ser un periodo de tiempo grande en el cual hay menor variación en la cantidad de lluvia, se necesita
la precipitación del año de cálculo en las estaciones vecinas PA, PB, etc, y los registros históricos anuales
en todas las estaciones, GX, GA, GB, etc. Se requiere de un buen periodo de tiempo para saber y entender
el comportamiento de la lluvia (régimen) en esa zona o tendencias de los fenómenos hidrológicos en el
lugar de estudio. El dato mensual se calcula utilizando esta ecuación:
Px = 1/3 PA*(NX/NA)+PB*(Nx/NB)+PC*(NX/NC)
Se requiere un mínimo de tres estaciones que tengan datos representativos del régimen de lluvia de la
zona.
6.  Revisión de la consistencia de los datos de lluvia
Consiste en un procedimiento grafico que permite determinar la consistencia de los datos en relación a
los datos confiables de otra estación o del promedio de un grupo de estaciones. Con este análisis de
puede confirmar si los datos de una estación tienen un cambio de tendencia a partir de un año
posiblemente porque fue movida de lugar y mantuvo el mismo nombre. Normalmente estos controles
 
Datos de lluvia Analisis de Doble Masa
 Año Estación X Estación A Estación B Estación C Estación D Estación X Est. Promedio Acum X Acum. P
1995 1200 1100 980 1050 1420 1200   1137.5 1200 1137.5
1996 1150 1020 1000 1100 1380 1150   1125 2350 2262.5
1997 1300 1100 950 1080 1540 1300   1167.5 3650 3430
1998 1290 1200 1060 1200 1450 1290   1227.5 4940 4657.5
1999   1166   1020 990 1050 1360   1166   1105 6106 5762.5
2000 1400 1200 1150 1300 1510 1400   1290 7506 7052.5
2001 1320 1190 1200 1090 1460 1320   1235 8826 8287.5
2002 1180 1200 1000 1050 1360 1180   1152.5 10006 9440
2003 1500 1400 1300 1250 1620 1500   1392.5 11506 10832.5
2004 1150 1060 1200 1080 1432 1150   1193 12656 12025.5
2005 1350 1200 1250 1060 1530 1350   1260 14006 13285.5
Grafico
Analisis de Doble Masa
Muchas obras de ingeniería civil son profundamente influenciadas por factores climáticos, entre los que se
destaca por su importancia las precipitaciones pluviales. En efecto, un correcto dimensionamiento del
drenaje garantizarla la vida útil de una carretera, una vía férrea, un aeropuerto. El conocimiento de las
precipitaciones pluviales extremas y el consecuente dimensionamiento adecuado de los órganos extravasores
de las represas garantizarán su seguridad y la seguridad de las poblaciones y demás estructuras que se sitúan
aguas abajo de la misma. El conocimiento de las lluvias intensas, de corta duración, es muy importante para
dimensionar el drenaje urbano, y así evitar inundaciones en los centros poblados.
Las características de las precipitaciones pluviales que deben conocerse para estos casos son:
  La intensidad de la lluvia y duración de la lluvia: estas dos características están asociadas. Para un
mismo tiempo de retorno, al aumentarse la duración de la lluvia disminuye su intensidad media, la
formulación de esta dependencia es empírica y se determina caso por caso, con base en datos
observados directamente en el sitio estudiado o en otros sitios vecinos con las mismas características
orográficas.
  Las precipitaciones pluviales extremas, es decir con tiempos de retorno de 500, 1.000 y hasta 10.000
años, o la precipitación máxima probable, o PMP, son determinadas, para cada sitio particular, con
procedimiento estadísticos, con base en observaciones de larga duración.
8.  Análisis de registros de lluvia:
Además de los cálculos de valores de lluvia promedio e intensidades de lluvia (cantidad en función de tiempo)
se calculan probabilidades de que ocurra un determinado evento o el periodo de retorno de dicho evento.