Determinación de relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) de 11 estaciones meteorológicas del altiplano mediante el análisis de eventos extremos de precipitación


Redacción Científica, 2015

11 Páginas


Extracto

Resumen

El documento presenta la determinación de relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF), para 11 estaciones meteorológicas en base a registro de precipitaciones extremas de bandas pluviográficas, cuya data es de 3 a 51 tormentas. Este estudio se realizó para las estaciones de: Uyuni, Turco, Todos Santos, Salinas, Quillacas, El Alto, Culta, Coipasa, Chuquiña, Chillca, Andamarca, que se encuentran en el departamento de La Paz, Oruro y Potosí.

Las relaciones de Intensidad, Duración y Frecuencia (IDF), constituyen la base hidrológica para la estimación de los caudales de diseño. Estas curvas sintetizan las características de los eventos extremos máximos o mínimos de precipitación de una determinada zona, y definen la intensidad media de lluvia, para diferentes duraciones de eventos de precipitación con periodos de retorno específicos. Diferentes métodos han sido propuestos en la literatura para la estimación de las relaciones, entre las que se ha estudiado en este trabajo es utilizando el método de Curva Promedio con Criterios Adimensional, para determinar las Relaciones (IDF) de estaciones del altiplano boliviano mediante la caracterización temporal de eventos extremos de precipitación, con los cuales se formularon las ecuaciones y las curvas IDF, así como sus características particulares y en conjunto, de acuerdo a su comportamiento estadístico y luego se empleó la técnica basada en interpolación estadística, como es el kriging para detallar y zonificar las isolíneas de intensidad.

Abstract

The present work book credit developed in base to the conduct of the precipitations of 11 station meteorological, based on historical datas of extreme showers, whose antiquity fluctuates between the 5 and 31 years, this one studies it is carried out for the stations of: Uyuni, Turco, Todos Santos, Salinas, Quillacas, El Alto, Culta, Coipasa, Chuquiña, Chillca, Andamarca, that are in the department of La Paz, Oruro and Potosí.

The relations of intensity, duration and frequency (IDF), constitute the hydrological base for the esteem of the wealthes of design. These curved synthesize the characteristics of the extreme happenings maximums or minimum of precipitation of a certain area, and define the half intensity of shower, for different durations of happenings of precipitation with periods of specific return

Different methods book credit been proposed in the literature for the esteem of the relations, between those who book credit studied in this work is using the method of curve mediates with Criterios Adimensional, to decide the relations (IDF) of stations of the Bolivian altiplano by means of the temporal characterization of extreme happenings of precipitation, with those which formulated the equations and the IDF curves, as well as your characteristic private personals and as a whole, according to your statistical conduct and later it is

1. INTRODUCCIÓN

Por otra parte, las curvas de Intensidad, Duración y Frecuencia (IDF), obtenidas a partir de la información histórica de las precipitaciones, constituyen la base hidrológica para la estimación de los caudales de diseño. Estas curvas sintetizan las características de los eventos extremos máximos o mínimos de precipitación de una determinada zona, y definen la intensidad media de lluvia, para diferentes duraciones de eventos de precipitación con periodos de retorno específicos.

En el país, los registros de precipitación para zonas rurales están geográficamente dispersos, que corresponden principalmente a lecturas diarias acumuladas y no se cuentan con datos históricos de más de 20 y 30 años. Sin embargo, para el análisis de eventos extremos se han desarrollado métodos estadísticos para generar las tormentas de diseño, mediante hietogramas, que requieren paquetes de modelación hidrológica (Gomez, 2009).Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva correspondiente al período de retorno de diseño. Si no están las curvas disponibles, y no existe información suficiente para construirlas, se puede recurrir a los coeficientes de duración generalizados para el lugar, de acuerdo a lo indicado en Hidrología, seleccionando valores de intensidad en mm por hora, para varias duraciones, en horas. (Ministerio de vivienda y urbanismo, 1996).

Los resultados generados por el modelo analítico de Bernard y Yarnell, reflejan la conveniencia de usarlo para relacionar la intensidad, la duración y la frecuencia en una ecuación matemática única. El modelo utilizado para ajustar los datos provenientes del método gráfico, presenta una

2. METODOLOGÍA

La metodología contempló las siguientes actividades:

2.1 Área de estudio

El Altiplano, como una unidad fisiográfica, se divide en tres partes: Altiplano Norte, Altiplano Central y Altiplano Sud. Esta división se la hace, principalmente, por el contenido de humedad.

buena calidad de ajuste para cada estación. En cuanto a la aplicación de regresión lineal múltiple, su análisis se basa en coeficientes de determinación para cada estación (Vallejos, 2010).

En nuestro país la aplicación de las relaciones IDF, no son muy difundidas, salvo especificaciones particulares detalladas en los términos de referencia, por otra parte se debe tener en cuenta que éstas relaciones datan de hace más de 2 décadas, y fueron calculadas para las ciudades capitales de departamento utilizando la metodología de “Distribución de valores extremos utilizando análisis de frecuencias” propuesta por Gumbel (1958).

Estudios realizados por Mendoza (1994), en base al análisis del régimen temporal de precipitaciones para la cuenca del río de La Paz, determinó una expresión que permitía estimar las precipitaciones para cualquier duración, en función de las precipitaciones máximas de 24 horas.

Cori (2002), construyó los hietogramas sintéticos obtenidos por el NRCS, que son denominadas curvas tipo, caracterizando adimensionalmente y temporalmente la ocurrencia de eventos extremos de precipitaciones máximas para estaciones de La Paz y Santa Cruz.

Estudios realizados en nuestro país acerca de las relaciones IDF, hechos por Amaya (2009) mediante el análisis de eventos extremos para las ciudades de La Paz, El Alto, Cochabamba y Santa Cruz, fueron realizados en base al método de la curva promedio.

Viscarra (2009), determinó las curvas IDF para la ciudad de Trinidad, aplicando el método tradicional y comparándolo con la caracterización temporal de eventos extremos con criterios adimensionales.

2.2 Selección de las Estaciones Pluviográficas

Se ha seleccionado de acuerdo a la oferta actual de datos que tiene entre sus registros el Servicio Nacional de meteorología e Hidrología SENAMHI, y además estas deben estar situadas en forma dispersa en el altiplano Boliviano..

2.3 Recolección de la Información Requerida

Los datos pluviográficos son registros referidos a series parciales de precipitaciones máximas diarias y horarias, su data es de 4 a 31 años, Los cuales fueron otorgados por SENAMHI.

2.4 Selección de intensidades máximas

Los datos de precipitación referidas a intensidades máximas diarias y horarias fueron establecidas, según SENAMHI de acuerdo a valores límite máximo que se tienen como parámetros normales de lluvias acaecidas en cada estación meteorológica, y los valores mayores son considerados precipitación máximas o eventos extremos de precipitación, y cuyo registro es el que se contempla en el estudio.

Las intensidades máximas, reportadas oscilan entre 3 a 51 datos de lecturas pluviográficas, siendo heterogénea esta variable.

2.5 Análisis Estadístico de las variables hidrológicas

La estadística descriptiva, según Quezada (2005), nos proporciona herramientas que nos permiten resumir la información obtenida y pasar así de un gran volumen de datos a otro más reducido.

Las principales medidas que se emplearon para el estudio en la Estadística Descriptiva fueron los siguientes:

Medidas de Posición

Medidas de Dispersión

Medidas de

Asimetría y Curtosis

Medidas de Concentración

2.6 Ajuste de los datos a una Función de Distribución de Probabilidad

Para el análisis estadístico de distribución de probabilidad que mejor ajuste presenta para los datos de precipitaciones extremas para las respectivas duraciones, se ensayaran bajo las siguientes funciones de distribución de probabilidad: Normal, Lognormal, Gamma, Pearson, LogPearson, Gumbel, Weibull, LogWeibull.

2.7 Procesamiento de los datos

Fueron analizados y procesados los siguientes parámetros:

Alturas de precipitación

Distribución adimensional de tormentas

Obtención de la curva promedio adimensional

Curva Tipo según SCS ó NRCS

Determinación de coeficientes adimensionales

2.8 Modelos matemáticos para relaciones IDF

Una vez definidas las tablas de uso práctico y diseñadas las curvas IDF para cada estación, se procedió a analizar el comportamiento de las variables involucradas en este estudio, relacionando simultáneamente las tres variables en una familia de curvas, de modo de representar la relación de la intensidad, duración y la frecuencia no sólo en forma gráfica, sino que también en forma analítica, para lo cual se utilizó los siguientes modelos:

Modelo propuesto por Sherman (1931)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Modelo propuesto por Bernard (1932)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Que han sido analizadas mediante la regresión lineal múltiple, con la modificación de que se debe emplear con funciones logarítmicas para las variables de intensidad y duración.

2.9 Pruebas de Bondad de Ajuste

Para estimar la bondad de ajuste se utilizó el Coeficiente de Determinación (R²), y el Error Cuadrático medio, para determinar la respectiva correlación presentada en cada modelo de ajuste.

2.10 Determinación de las Curvas IDF para distintos periodos de retorno

Una vez hecho el ajuste con la función de distribución de probabilidad de Mejor ajuste, se procedió a graficar la intensidad de precipitación y la duración, de modo de obtener los puntos de la curva asociada a un período de retorno. Luego, se repitió la misma operación con el período de retorno T=1,2, 5, 10,25,50,100 años; para

duraciones de D=5,10,15,30,60,120,180,360,720,1440 minutos, para cada una de las estaciones meteorológicas estudiadas.

2.11 Definición de Tablas de Uso Práctico

En esta etapa se procedió a la construcción de tablas, que dan cuenta de la relación entre la altura de precipitación y la intensidad de 24 hr, y esto para cada periodo de retorno considerado. Ello, porque la precipitación de 24 horas es la más común de encontrar y estas relaciones permitirían la extrapolación a zonas sin datos.

Para ello se emplearon las siguientes expresiones:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.12 Análisis estadístico espacial

Para ello se empleó el análisis espacial Kriging, para obtener las respectivas Isolineas de intensidad para cada período de retorno y duración.

Tabla: Modelos de Bernard y Sherman

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

3.1 Relaciones ajustadas por los modelos Bernard, Sherman y prueba de bondad de ajuste

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2 Diseño Gráfico de las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (Caso Uyuni) Figura: Curvas IDF para la estación Uyuni.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gráfica: Análisis estadístico espacial (Modelo de Kriging) (T=5 años)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

sistemática de método de criterios adimensionales, bajo los modelos matemáticos de Bernard y Sherman.

3.3 Distribución de lluvias para cada estación en estudio

Figura: Hietogramas de la SCS

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gráfica: Representación en el área de influencia

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Las estaciones Culta y Chuquiña, presentan precipitaciones máximas ó tormentas de 24 horas de Tipo I.

El cual se caracteriza por presentar lluvias de mayor duración y menos intensas, las cuales disminuyen en forma progresiva con el tiempo.

Las estaciones Salinas de Garci Mendoza, Uyuni, El Alto, Turco, Chillca, presentan tormentas de Tipo II.

[...]

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Detalles

Título
Determinación de relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) de 11 estaciones meteorológicas del altiplano mediante el análisis de eventos extremos de precipitación
Curso
MAGISTER SCIENTARUM
Autores
Año
2015
Páginas
11
No. de catálogo
V334043
ISBN (Ebook)
9783656985754
Tamaño de fichero
1489 KB
Idioma
Español
Etiqueta
determinación, intensidad-duración-frecuencia
Citar trabajo
Ing. Rolando Angel Maldonado Navia (Autor)M.Sc. Guido Jorge Vía Guzmán (Autor), 2015, Determinación de relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) de 11 estaciones meteorológicas del altiplano mediante el análisis de eventos extremos de precipitación, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/334043

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