HIDROLOGIA
MATERIA Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
Costos y presupuestos Valero Solís Rubén Ángel
16:00-17:00 LC1 16:00-17:00 LC1 16:00-17:00 LC1 16:00-17:00 LC1 Análisis estructural
Martínez Olazarán Mario
13:00-14:00 I1 13:00-14:00 I1 13:00-14:00 I1 13:00-14:00 I1 13:00-14:00 I1 Instalaciones en los edificios
Romo Ramírez Renato
9:00-10:00 LC5 9:00-10:00 LC5 9:00-10:00 LC5 9:00-10:00 LC5 9:00-10:00 LC5 Diseño y construcción de pavimentos
García Loera Víctor Manuel
11:00-12:00 LC2 11:00-12:00 LC2 11:00-12:00 LC2 11:00-12:00 LC2 12:00-14:00 I1 Hidrología Superficial
Ibon Wong Salvador
12:00-13:00 LC3 12:00-13:00 LC3 12:00-13:00 LC3 12:00-13:00 LC3 Hidráulica de Canales
Rueda Contreras Cynthia A.
17:00-18:00 LC3 17:00-18:00 LC3 17:00-18:00 LC3 17:00-18:00 LC3 14:00-16:00 I2 Taller de investigación II Nelly Villasana 15:00-16:00 I2 15:00-16:00 I2 15:00-16:00 I2 15:00-16:00 I2
HIDROLOGIA SUPERFICIAL TEMARIO:
Unidad 1.- CUENCAS HIDROLOGICAS 1.1 Generalidades
1.2 Balance Hidrológico 1.3 Propiedades fisiológicas
1.4 Tipos de cuencas hidrográficas
Unidad 2.- PRECIPITACIÓN 2.1 Antecedentes
2.2 Tipos de lluvias
2.3 Registros pluviométricos y pluviograficos 2.4 Precipitación en una zona
2.5 Análisis de registros de lluvias
Unidad 3.- ESCURRIMIENTO E INFILTRACION 3.1 Proceso de escurrimiento
3.2 Tipos de escurrimiento
3.3 Medición de escurrimiento y registros de aforo 3.4 Análisis de registros de escurrimiento
3.5 Proceso de infiltración 3.6 Medición de infiltración 3.7 Análisis de la infiltración
Unidad 4.- EVAPORACION Y USO CONSUNTIVO 4.1 Evaporación y evapotranspiración.
4.2 Medición de la evaporación. 4.3 Uso consuntivo.
Unidad 5.- AVENIDAS MAXIMAS 5.1 Escurrimiento en cuencas no aforo 5.2 Escurrimiento en cuencas aforadas 5.3 Análisis de avenidas máximas
HIDRAULICA
Ciencia que estudia el comportamiento de los líquidos en función de sus propiedades específicas:
- Carencia de forma propia; lo mismo que los gases, los líquidos adquieren la forma del recipiente que los contiene y el trabajo exigido para tal menester es muy pequeño.
- Incompresibilidad; contrariamente a los gases, los líquidos son prácticamente incomprensibles, por lo que una pequeña variación de volumen produce un estable salto de presión.
Las primeras nociones de hidráulica se remontan a los tiempos de la construcción de los primeros acueductos romanos, siendo Arquímedes quien primero estableció las bases para un estudio sistemático del tema. Las ramas fundamentales de la hidráulica son dos:
- LA HIDROSTATICA, que estudia el comportamiento de los líquidos en reposo o prescindiendo del paso (transitorio) de un estado de reposo a otro, y
- LA HIDRODINAMICA, que por el contrario estudia el movimiento de los líquidos y los fenómenos de rozamiento interno; inherente a su viscosidad. ¿PARA QUE NOS SIRVE?
La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; su estudio es importante ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la experimentación con ellos, es posible determinar las
características de construcción que deben tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gasto y la prensa. Se divide en dos partes, como ya señalamos, la Hidrostática tiene por objeto estudiar los líquidos en reposo, se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, pascal y la paradoja hidrostática de Steven, mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus características generales.
La hidrodinámica estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello se considera, entre otras cosas: la velocidad, la presión, el flujo y el gasto líquido.
1.- TEORIA.- En este primer punto vamos a describir todos y cada uno de los puntos claves y precisos del objetivo principal en que se sustenta la investigación principal del tema investigado. Vamos a tener un contexto amplio que nos permita desarrollar la totalidad del tema que se va a investigar.
2.- DESARROLLO DEL OBJETIVO BASICO DE LA INVESTIGACION.- En este segundo punto debemos observar, que a diferencia del anterior aquí estaremos plasmando las palabras claves en que se sustenta la base de este tema a investigar.
3.- CONCEPTOS.- Ya nos estamos acercando a la mitad del desarrollo científico de la investigación y entonces debemos ubicar el contenido conceptual en que se sostiene toda la investigación. De esta manera vamos a desarrollar un contexto general donde se defina todos los conceptos claves del desarrollo.
4.- ESQUEMAS, DIBUJOS, FIGURAS Y FOTOGRAFIAS: Este elemento a desarrollar, se convierte en la parte medular de la investigación. Si no se tienen esquemas, dibujos, figuras o fotografías, la investigación basada en los datos 5.- GRAFICAS.- Toda investigación en la cual no solo sea definición de conceptos, sino que tengamos datos específicos con variables, y cuando menos sean 2
variables, debe contener al menos 1 grafica. Estamos hablando de las variables de tiempo y espacio, o bien variables geológicas contra variables hidrológicas y en este caso las principales hidrológicas van a ser: acuíferos, en sus niveles
subterráneos, confinados, superficiales, cuencas hidrológicas, ríos, lagunas, lagos, lagunetas, escurrimientos primarios y avenidas máximas.
6.- TABLAS.- Aquí hay un comparativo en el que se sustenta toda la información obtenida, y estadísticamente podemos desarrollar la obtención de resultados de investigación para que el objetivo haya sido cumplido.
UNIDAD 1 CUENCA HIDROLOGICA
1.1 Generalidades
Las cuencas hidrológicas forman parte de la compleja y basta biodiversidad con la que México cuenta. Por su importancia, son prioritarias del Programa Hídrico Nacional, así como de las estrategias sustentables enfocadas al manejo de los recursos hídricos.
Por cuenca entendemos al espacio formado por el escurrimiento de un conjunto de ríos, que se encuentra determinado por elevaciones (no necesariamente de gran altitud) que funcionan como parteaguas de estos.
Las cuencas pueden ser de dos tipos: cerradas o abiertas. Para el primer caso, imaginemos un plato (que puede ser plano, para los parteaguas de escasa altitud como en el caso de Tabasco; u hondo para aquellas cuencas con elevaciones considerables, como lo es la del Valle de México). El espacio interno del plato es la cuenca y los escurrimientos de los ríos confluyen en su interior, ya sea en aguas superficiales o subterráneas.
Para el caso de las cuencas abiertas, podemos pensar en un cucharon, el cual no mantiene en su interior las aguas de los ríos y las desaloja a otros cuerpos fuera de la cuenca, incluso, hacia el mar.
Y así como el plato y el cucharon tienen diseños y materiales particulares que determinan sus especificaciones, la cuenca también tiene características derivadas de su altura, sus caudales, la magnitud de su área, su topografía, sus relieves, su forma y el clima prevaleciente, entre otros factores. Producto de estas características, las cuencas contienen en su interior ecosistemas diversos que se traducen en un complejo conjunto de interacciones entre el agua que almacena y su entorno.
Podemos encontrar, por ejemplo, cuencas boscosas de suma importancia para la producción de oxígeno y el procesamiento de bióxido de carbono. Estos bosques tienen un importante papel en la conservación del agua, pues favorecen la recarga de los acuíferos y contribuyen a preservar los escurrimientos de los ríos, al igual que los volúmenes de los lagos y presas.
CONCEPTO DE CUENCA
Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida.
La definición anterior se refiere a una cuenca superficial; asociada a cada una de éstas existe también una cuenca subterránea, cuya forma en planta es semejante a la superficial.
De ahí la aclaración de que la definición es valida si la superficie fuera impermeable.
Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuencas: endorreicas y exorreicas. En las primeras el punto de salida esta dentro de los limites de la cuenca y generalmente es un lago; es las segundas, el punto de salida se encuentra en los limites de la cuenca y esta en otra corriente o en el mar.
El ciclo hidrológico, visto a nivel de una cuenca, se puede esquematizar como un estímulo, constituido por la precipitación, al que la cuenca responde mediante el escurrimiento en su salida. Entre el estímulo y la respuesta ocurren varios fenómenos que condicionan la relación entre uno y otra, y que están controlados por las características geomorfológicas de la cuenca y su urbanización. Dichas características se clasifican en dos tipos, según la manera en que controlan los fenómenos mencionados: las que condicionan el volumen de escurrimiento, como el área de la cuenca y el tipo de suelo, y las que condicionan la velocidad de respuesta, como son el orden de corrientes, pendiente de la cuenca y los cauces, etc. A continuación se describen las características de la cuenca y los cauces de mayor importancia por sus efectos en la relación precipitación-escurrimiento. El parteaguas es una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las cuencas vecinas.
El área de la cuenca se define como la superficie, en proyección horizontal, delimitada por el parteaguas.
La corriente principal de una cuenca es la corriente que pasa por la salida de la misma. Nótese que esta definición se aplica solamente a las cuencas exorreicas.
Las demás corrientes de una cuenca de este tipo se denominan corrientes tributarias.
Todo punto de cualquier corriente tiene una cuenca de aportación, toda cuenca tiene una y sólo una corriente principal. Las cuencas correspoddientes a las corrientes tributarias o a los puntos de salida se llamancuencas tributarias o subcuencas.
Entre más corrientes tributarias tenga una cuenca, es decir, entre mayor sea el grado de bifurcación de su sistema de drenaje, más rápida será su respuesta a la precipitación.
1.2 BALANCE HIDROLOGICO
El agua, aunque se encuentra en un movimiento cíclico continuo, es cuantificable y debido a los requerimientos actuales del hombre, es necesario conocer con exactitud ese movimiento y definirlo, para aprovechar de forma racional los recursos hídricos y que no se modifiquen de forma irreversible, los componentes que intervienen en el ciclo del agua.
El balance hídrico tiene por objeto cuantificar los recursos y volúmenes de agua del ciclo hidrológico de acuerdo con el axioma de Lavoisier: "nada se crea ni se destruye, sólo se transforma". Este axioma en dinámica de fluidos se conoce como la Ecuación Continuidad. También permite establecer relaciones entre las distintas variables hidrológicas.
El establecimiento del balance hídrico en una cuenca o en una región determinada permite obtener información sobre:
El volumen anual de escurrimiento o excedentes.
El período en el que se produce el excedente y por tanto la infiltración o recarga del acuífero.
Período en el que se produce un déficit de agua o sequía y el cálculo de demanda de agua para riego en ese período.
El establecimiento de un balance supone la medición de flujos de agua (caudales) y almacenamientos de la misma (niveles). Se pueden establecer balances de forma general, incluyendo aguas superficiales y subterráneas y parciales de sólo aguas superficiales, de un acuífero, del agua del suelo, etc. En cualquier caso, a la hora de establecer el balance se examinarán las entradas y las salidas al sistema analizado.
La propia idea de balance supone la medida independiente de los términos que intervienen en la ecuación de balance. Como toda medida física, está sujeta a error, que, en algunos casos es grande debido a diversas circunstancias. Por ello ha de actuarse con gran prudencia a la hora de obtener datos del balance.
Por medio de las precipitaciones atmosféricas (P), llega agua a la superficie de la Tierra. Parte de estas precipitaciones se evapora en contacto con el aire o es absorbida por las plantas y después transpirada por las mismas, fenómenos que denominaremos de forma general como evapotranspiración (E). El agua entonces sigue dos caminos: una parte fluye por la superficie de la corteza terrestre y otra
parte se infiltra en el terreno. El agua de infiltración aún puede ser captada por el suelo y las plantas, sufriendo entonces fenómenos de evapotranspiración o puede circular hipodérmicamente junto con las aguas que circulan en superficie, denominándose el conjunto aguas de escurrimiento (R). La parte de agua infiltrada que alcanza una zona más profunda constituye la verdadera agua de infiltración (I) que se junta con las aguas subterráneas alimentando el acuífero.
La Ecuación de Continuidad se basa en que la diferencia que se produce entre las entradas y las salidas de agua se traduce en el agua que queda almacenada. Entradas - Salidas = Variación del Almacenamiento
Aplicando estos conceptos, se expresa la precipitación como: P = E + R + I + e
Siendo e el error cometido en las estimaciones o error de cierre, E la evapotranspiración, R el escurrimiento e I la infiltración.
Para poder aplicar esta ecuación hay que tener en cuenta dos condiciones importantes:
Unidad hidrogeológica: es decir, que todas las aguas que se miden y comparan pertenezcan al mismo acuífero.
Período de tiempo: el período de medición deberá de ser de al menos un año. De modo más concreto podríamos reescribir la ecuación de forma que abarque todas las fuentes y sumideros de la zona en estudio de la siguiente forma:
e = P + Qse + Qte - E - Qss - Qts - ΔS Donde:
e = error de cierre
P = aportación pluviométrica Qse = caudal superficial entrante Qte = caudal subterráneo entrante
E = evapotranspiración real
Qss = caudal de superficie saliente Qts = caudal subterráneo saliente
ΔS = variación del almacenamiento (final - inicial). En condiciones ideales de medida debe ser igual al error de cierre.
La E se calcula mediante el balance hídrico o mediante fórmulas empíricas (de Coutagne, de Turc, o de Makkink) o directamente mediante evapotranspirómetros. En cada caso, según el mecanismo de recarga y descarga del acuífero en estudio y del intervalo de tiempo seleccionado para plantear el balance, cada uno de los términos de la ecuación podrá o no aparecer. Por ejemplo, si se trata de un acuífero limitado totalmente por fronteras impermeables, los términos Qte y Qts no aparecerán, ya que no existe entrada ni salida por flujo subterráneo.
Si se trata de un solo acuífero que no tiene descarga por evapotranspiración ni por afloramientos, los términos Qss y E serán suprimidos de la ecuación. Por otra parte, la ecuación de balance para un mismo acuífero podrá variar de un intervalo de tiempo a otro. En todos los casos, es necesario tener una idea más o menos clara del comportamiento del acuífero para plantear su ecuación de balance. El área utilizada para efectuar el balance de agua subterránea depende de varios factores: por una parte, lo ideal sería efectuar el balance para todo el acuífero (valle, planicie) a fin de conocer su potencialidad total; sin embargo, esto no siempre es posible, debido a que la aplicación del balance requiere del conocimiento del comportamiento del acuífero observado en pozos los cuales no siempre se encuentran distribuidos en toda el área, sino sólo en una porción de la misma. Por consiguiente, en muchas ocasiones el área de balance tiene que limitarse al área con datos disponibles.
El área de balance puede estar limitada por fronteras reales, geométricas e hidrológicas, tales como afloramientos o masas de agua (mar, lagos, etc), y por fronteras virtuales, imaginarias.
Para realizar un balance hídrico lo principal es la adquisición de datos, por lo cual se requiere que ésta se haga de la forma más precisa posible.
Precipitación (P): Se mide por la altura que alcanzaría sobre una superficie plana y horizontal, antes de sufrir pérdidas. Para determinarla se usan los pluviómetros y la unidad de precipitación es el milímetro de altura (1 mm).
Evapotranspiración (ET): Se determina mediante cálculos basados en la temperatura y humedad de la atmósfera y del suelo.
Escurrimiento superficial o directo (ED): Se determina por aforos de cursos fluviales.
Escurrimiento subterráneo o base (ES): Se calcula por diferencia, una vez conocidos los demás términos del balance hídrico, o por cálculos y experiencias basados en la porosidad y permeabilidad de diferentes rocas.
Figura 1. Términos del balance hídrico
Para establecer el balance hídrico se necesitan los datos de:
Las precipitaciones medias anuales (con una serie de 5-10 años) del máximo de estaciones meteorológicas disponibles.
La evapotranspiración potencial media anual (de la misma serie de años).
La reserva de agua útil (RU) o el agua que puede almacenar el suelo y utilizar las plantas. Depende de:
el tipo de suelo
la capacidad de campo (Cc): grado de humedad de una muestra que ha perdido toda su agua gravitacional.
el punto de marchitez (Pm): grado de humedad de una muestra tal que la fuerza o succión que ejercen las raíces sobre el agua ya no les permite sacar más agua. Esto quiere decir que la fuerza de succión de las raíces no supera a la fuerza con la que dicho suelo retiene el agua.
la profundidad de las raíces. la densidad aparente del suelo.
Estos datos se pueden obtener experimentalmente o mediante tablas conociendo el tipo de suelo.
EJEMPLO DE CASO: BALANCE HIDROLOGICO INTEGRAL DEL VALLE DE GUAYMAS
Se determinó la ecuación de balance siguiente para el Valle de Guaymas, Sonora (Figura 2):
Area considerada = 1,530.55 km2
Bibliografía consultada
Canales Elorduy, Armando. 1989. Hidrología Subterránea. Ed. Insto. Tecnológico de Sonora. 224 p.
1.3 PROPIEDADES FISIOLOGICAS
La disponibilidad natural de agua representa el volumen de agua neto por año existente en un territorio. A nivel nacional, ésta se calcula a partir de la suma de la precipitación y el volumen de agua escurrido proveniente del extranjero, menos el volumen correspondiente a la evapotranspiración y el que escurre a otros países (CONAGUA, 2008).
Disponibilidad natural media = (Pp + Importaciones) – (Et + Exportaciones)
Pp: precipitación. Importaciones: agua que escurre al territorio nacional proveniente de otros países. Et: evapotranspiración. Exportaciones: agua que escurre del territorio nacional hacia otros países.
Recientemente, en la publicación Estadísticas del agua en México, edición 2010, editada por CONAGUA, apareció el concepto de aguas renovables para referirse justamente a la disponibilidad natural de agua. La idea de incorporar este concepto obedece, por un lado, a la necesidad de recalcar que se hace referencia al volumen de agua que año con año se renueva vía precipitación, y por otro lado, diferenciar la “disponibilidad natural” de la “disponibili-dad”, siendo esta última relativa al volumen que queda después de sustraer a la disponibilidad natural el volumen concesionado para usos consuntivos.
El conocimiento de la disponibilidad natural de agua de un territorio es fundamental para poder llevar a cabo procesos de manejo del recurso hídrico. Los datos oficiales sobre disponibilidad natural de agua o aguas renovables los provee CONAGUA. Sin embargo, por ahora sólo han sido publicados a nivel de las 37 regiones hidrológicas en que ha dividido al país. En el ejercicio que se presenta a continuación se interpolan estos valores a un total de 393 cuencas hidrográficas. Debe reconocerse que algunas de estas cuencas son muy grandes, y que en esos casos el dato sigue siendo poco útil para el manejo integral de un territorio.
De esta manera, la disponibilidad natural anual de agua o el volumen de aguas renovables para cada una de las cuencas se estimó a partir de la precipitación media anual de cada territorio y los coeficientes de escurrimiento e infiltración inferidos a partir de los datos de volumen de agua escurrida e infiltrada que CONAGUA calculó para cada una de las 37 regiones hidrológicas ya mencionadas.
Cada región hidrológica comprende varias cuencas; los coeficientes de escurrimiento e infiltración de las regiones hidrológicas se interpolaron a sus
respectivas cuencas y se multiplicaron por la precipitación media anual de cada cuenca y su superficie total.
Con fines comparativos y dada la heterogeneidad existente en el tamaño de las cuencas, el valor obtenido de disponibilidad natural de agua se dividió entre la superficie de cada cuenca de manera que el mapa final muestra la disponibilidad natural de agua por kilómetro cuadrado.
ANEXO: MÉTODO EMPLEADO PARA
CALCULAR LA DISPONIBILIDAD NATURAL DE AGUA POR CUENCA
De manera oficial, la disponibilidad natural de agua o aguas renovables ha sido estimada por CONAGUA a nivel de las 37 regiones hidrológicas en que se ha dividido al país (Cuadro 1 en DVD adjunto). Para calcular esta disponibilidad a nivel de cuenca, se infirieron coeficientes de escurrimiento e infiltración por región hidrológica dividiendo el escurrimiento natural medio y la recarga natural media, dadas ambas en hm3/año, entre la precipitación media anual dada también en hm3/año. La suma de ambos coeficientes representó el coeficiente de disponibilidad natural total por región hidrológica.
Cada región hidrológica comprende varias cuencas; la precipitación media anual era un dato que se tenía a nivel de cuenca. De esta manera, y considerando que el coeficiente de disponibilidad natural de las regiones hidrológicas puede interpolarse a sus respectivas cuencas, se procedió a multiplicar este coeficiente por la precipitación media anual de cada cuenca y su superficie total.
Por ejemplo, en el Cuadro 1 (ver DVD adjunto) se puede apreciar que el coeficiente de disponibilidad natural de agua de la región hidrológica del noroeste de Baja California es de 0.086. En dicha región hay tres cuencas; en la cuenca 1A1, la precipitación media anual en los últimos 40 años fue de 293 mm lo cual significa que, en 1 m2, cayó en promedio casi 300 mm de agua cada año. En unidades de volumen, cayeron 0.3 m3 de agua en cada metro cuadrado. Si la superficie de dicha cuenca es de 3,239,722,321 m2, entonces la cuenca en cuestión recibió 971,916,696 m3 de agua al año o lo que es lo mismo, 971.9 hm3/año. Sin embargo, un gran porcentaje de esta agua se evapora y ello depende de las condiciones climáticas de cada cuenca.
Considerando que las cuencas de una determinada región hidrológica comparten un clima similar, el volumen total de agua que precipita en una cuenca se restringe por el coeficiente de disponibilidad natural de agua de esa región. En este ejemplo, dicho coeficiente es de 0.086 lo que significa que menos del 10% del agua precipitada se escurre o se infiltra; la mayor parte se evapora. De esta manera, la disponibilidad natural de agua por año para la cuenca 1A1 se estimó en 83.6 hm3/año.
FUENTE: SISTEMA DE CONSULTA DE LAS CUENCAS HIDROGRAFICAS DE MEXICO (INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGIA)
1.4 TIPOS DE CUENCAS HIDROGRAFICAS
Se entiende por cuenca hidrográfica el territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas.
Desde el punto de vista de la evacuación de las aguas, hay varios tipos de cuencas:
CUENCA EXORREICA:
Formada por los ríos que desaguan en el océano y mares abiertos. En la vasta extensión del territorio argentino se destacan dos vertiente exorreicas: la del Atlántico y la del Pacífico. En la primera, que es la de mayor desarrollo, se distingue fundamentalmente la subcuenca del río Paraná que, junto a la del Plata, Uruguay y Paraguay, constituyen la Cuenca del Plata.
CUENCA ENDORREICA:
Formada por los ríos que desaguan en mares interiores, lagos o lagunas. Los ríos de las cuencas endorreicas pertenecen a la Puna, a las Sierras Pampeanas y al Sistema del Desaguadero. Se caracterizan por ser cortos y de régimen torrencial. El Chaco árido configura un área endorreica que con excepción del río Tercero que alcanza al Paraná con el nombre de Carcarañá. El río Cuarto, en los años
lluviosos, logra incorporarse al Tercero.
Ninguno de los ríos originados en las Sierras Pampeanas alcanza los 100 m3/S como promedio anual. De todos, el denominado sucesivamente Salí, Hondo o Dulce es el de mayor longitud y caudal. Estos ríos son utilizados para el riego; se forman pequeños oasis debido a la escasez del recurso hídrico y para la obtención
de energía hidroeléctrica.
CUENCAS ARREICAS:
Existen algunas áreas del territorio argentino que carecen de cursos de agua o en las que es muy difícil determinar la divisoria de agua debido a su lento escurrimiento. Se las llama cuencas arreicas y las más conocidas son las de la zonas semiáridas de las provincias del Chaco y La Pampa, así como también las mesetas patagónicas del origen basáltico y la Puna en el Noroeste.
De acuerdo con INEGI, INE Y CONAGUA (2007), el país cuenta con 1,471 cuencas, las cuales presentan una enorme variabilidad en tamaños: de miles a un kilómetro cuadrado.1
Lo anterior, aunado a las evidentes discrepancias de los parteaguas con los límites político- administrativos, hizo evidente la necesidad de establecer criterios de regionalización de las cuencas hidrográficas, con el propósito de: 1) contar con un número manejable de unidades hidrográficas, que permitiera una mejor representación cartográfica de los fenómenos biofísicos analizados en el presente diagnóstico, y 2) contar con unidades hidrográficas con una dimensión que permitiera extrapolar los datos municipales y locales; esto con la finalidad de dar a la cuenca sentido de unidad regional y fortalecer esta figura como la unidad óptima de planeación y gestión de los recursos naturales (ver capítulo Asignación de municipios).
La agrupación de cuencas se basó en el concepto de región geográfica, entendiéndose ésta como un espacio heterogéneo, dotado de unidad a causa de ciertas características, en este caso físicas, dominantes (George, 2004); bajo esta perspectiva y teniendo siempre en mente la escala y formato de representación cartográfica del presente proyecto (1:8,000,000), se procedió a agrupar a las cuencas a partir de ciertas características geográficas.
CRITERIOS PARA LA AGRUPACIÓN DE LAS CUENCAS:
• Cuencas contiguas (vecinas) cuya superficie individual es menor a 200 km2 se unen en una sola entidad cuya superficie sume como área mínima 200 km2 (que corresponde al área mínima cartografiable a esta escala).
• Si la suma de las superficies de dichas cuencas no alcanzara los 200 km2, todas se agrupan con la cuenca contigua o circundante de mayor tamaño.
• Las barras costeras unidas o conectadas físicamente al continente quedan integradas a la cuenca con la que se relacionan espacialmente.
• Todas las cuencas agrupadas deben localizarse dentro de la misma región y subregión hidrológica de acuerdo a la delimitación establecida por la CONAGUA en su mapa de Subregiones Hidrológicas escala 1:4,000,000.
• Las cuencas por agruparse deben ubicarse también, en la misma provincia fisiográfica, de acuerdo al mapa de Provincias Fisiográficas de México escala 1:4,000,000 elaborado por la UNAM.
• Además, se agruparon cuencas cuyo tipo de drenaje y dirección preferencial fuese semejante. Para ello, se consultó la Red de Drenaje Superficial Ampliada escala 1:250,000 del INE.
FUENTES: HIDROGRAFIA ARGENTINA
MANEJO INTEGRAL DE CUENCAS EN MEXICO: LECCIONES Y RETOS (INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGIA)
Unidad 2. Precipitación
En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no virga, neblina ni rocío, que son formas de condensación y no de precipitación. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o monto pluviométrico.
2.1 Antecedentes
Las mediciones de la lluvia y de la nieve son mucho más costosas de efectuar que las de las temperaturas, y su corrección, en caso de errores o de lagunas estadísticas, es mucho más difícil. La variabilidad espacial de la precipitación es muy grande y en muchas regiones del mundo escasean las mediciones. La tendencia secular es también desconocida pues apenas el 30 % de la superficie continental tiene series válidas de precipitación que se inicien antes de 1970.
De todas formas algunos análisis indican que en la segunda mitad del siglo XX, entre 1950 y el 2000, la media anual de la precipitación global en los continentes ha rondado los 800 mm. La media mensual global es de unos 65 mm.
Fig. Precipitación media mensual en el conjunto de los continentes desde 1952 hasta 2002 (referencia: proyecto VASClimo)
Cuando más llueve por lo general es en el verano del hemisferio norte (el clima mediterráneo es una excepción). Por eso, la gráfica de la evolución de la precipitación global sube y baja, con un pico en los meses de verano de cada año y un mínimo en invierno. El calor continental veraniego
produce bajas presiones que atraen tierra adentro al aire húmedo marino. Las lluvias más abundantes llegan con los monzones, vientos estivales que afectan al sur de Asia, al sur del Sahara y a Norteamerica. En otras regiones alejadas del mar, de clima continental, el calor provoca nubes de desarrollo vertical, tormentas y precipitaciones. Como en el hemisferio norte hay muchas más tierras que en el hemisferio sur, son los meses de verano del hemisferio norte los que marcan las
máximas globales.Teóricamente los modelos calculan que debería haber un aumento porcentual de las precipitaciones de un 3% aproximadamente por cada grado de aumento de la temperatura global media (Hulme,1995), ya que con más calor se intensifica el ciclo hidrológico evaporación-precipitación. Sin embargo, la precipitación global no indica hasta ahora ninguna tendencia definida.
Fig. Anomalía anual de la precipitación global (1900-2009) (Australian Bureau of Meteorology)
En Estados Unidos, la media anual de precipitación, según el National Climatic Data Center, ha mostrado una tendencia al alza estadísticamente significativa y de un valor de 58 mm por siglo.
En la India, por el contrario, la precipitación de los monzones, no parece haber mostrado ninguna tendencia definida (Vinnikov, 2002). Un índice general para toda la región monzónica tampoco muestra ninguna tendencia desde 1980 al 2005, y sí una ligera disminución en las décadas anteriores (Wang, 2005). En el norte de Pakistán, los estudios isotópicos del oxigeno-18 en los anillos de un conjunto de
árboles indican que el siglo XX ha sido el más lluvioso del último milenio (Treydte, 2006).
En Australia, las precipitaciones, en las últimas décadas del siglo XX, parecen haber aumentado (Hulme, 1996).
En Europa central, estudios sobre los episodios de lluvias torrenciales e inundaciones de los ríos Elba y Oder, que se remontan a casi mil años, indican que no ha habido cambios de tendencia, en contra de lo que los medios de comunicación señalan (Mudelsee, 2003) En el conjunto de España la precipitación media es de unos 650 mm pero, dada la gran variabilidad interanual, no se puede concluir que exista una tendencia clara, pues los cálculos dependen mucho del período escogido. En la gráfica de las precipitaciones anuales en España en los años hidrologicos que van desde 1946 al 2010 se observan años de "pertinaz sequía", como el del bienio 1948-49, o el reciente 2004-05, y otros bastante más lluviosos.
ESPIRAL DE FINONACCI
Es una herramienta de análisis que, utilizando las proporciones de Fibonacci, dibuja una espiral sobre el gráfico de precio de un activo y predice zonas de soporte y resistencia y tiempo.
Las espirales de Fibonacci conecta precio y tiempo de forma que cada punto de la espiral representa zonas donde ocurren correcciones y cambios de tendencia. Se basa en la aplicación de una ley geométrica universal al activo analizado. La espiral de Fibonacci se construye dibujando arcos concéntricos cuyos radios corresponden a la secuencia de Fibonacci.
Para elegir el centro de la espiral se debe ir dibujando espirales hasta que encontremos aquello que mejor se adapta a los puntos de giro del mercado en el pasado. A diferencia de los otros métodos de análisis de Fibonacci, los métodos exactos para dibujar las espirales de Fibonacci utilizados por los profesionales es mantenido como una especie de secreto. La idea más extendida es tomar como centro puntos extremos del mercado y, desde este punto, se dibujará la espiral basada en la proporción áurea. Ciertos puntos a lo largo de la espiral se consideran como puntos fuertes donde tendrán lugar eventos destacados del mercado, como cambios de tendencia, picos de precio o fuertes niveles de soporte y resistencia. Los apasionados de la espiral de Fibonacci a menudo hablan de ella como el método más exacto de predecir el comportamiento del mercado en base a tiempos y niveles de precio críticos y no sólo atendiendo a precios.
INSTALACION DE UN PLUVIOMETRO
1.- Escoger el lugar de instalación. El pluviómetro debe estar instalado en un espacio que esté libre de obstáculos en un lugar plano que no tenga declive para que capte la mayor cantidad de lluvia posible.
recomienda que los obstáculos se localicen a una distancia mayor que 4 veces su altura. Porejemplo, si tenemos un árbol de 10metros, debe colocarse el pluviómetro a 40 metros. Si tenemos una pared de2 metros, el pluviómetro debe estar separado 8 metros de esta pared.
A veces el único lugar adecuado para la instalación del pluviómetro esunacerca.
Muchas veces va a ser imposible cumplir con estos requerimientos “ideales”. En estos casos lo importante es que el pluviómetro se localice lo más lejos posible de obstáculos. 2.-El pluviómetro debe instalarse aproximadamentea 1.5 m de altura. la boca (parte ancha delpluviómetro) debe estar a esta altura. por logeneral se instala en un poste de madera ocualquier objeto que permita que el instrumento esté a esta altura y que nobloquee la partesuperior del pluviómetro, por donde debeingresar el agua de lluvia. a este poste debe adherirse una estructura demetal o algo que permita colocar el pluviómetro de una manera sencilla.
La manera mas fácil de pegar este soporte de metal al poste de madera, es utilizando un alambre y ajustándolo hasta que el soporte quede bien fijo en el poste.
Se debe notar que el soporte debe colocarse lo mas arriba posible, para evitar que el agua de lluvia salpique del poste a la entrada del pluviómetro. Se recomienda el uso de una pinzas para ajustar bien el alambre.
a) El poste de instalación tiene menos de 1.5m; para esta situación el pluviómetro se puede instalar a menos altura, pero nunca se debe de instalar a menos de 1m del suelo.
b).- Puede suceder que existan es ese lugar varias personas ajenas al trabajo que se está desarrollando, y algunas de ellas pueden estar cerca de la instalación, y entonces el pluviómetro se debe instalar a una altura mayor a los 1.5m, llegando incluso a los 2m, para evitar de esta forma que las personas pueden tumbar el pluviómetro.
c).- No existe un lugar adecuado que este o se encuentre lejos de obstáculos. En esta situación debemos reconocer que lo importante debe ser la colocación del pluviómetro lo mas posible alejado de los obstáculos; aunque no sea 4veces la distancia de la altura.
d).- Hay postes, torres altas o cables de alta tensión cerca de la instalación del pluviómetro: en este tipo de problemas es necesario que el pluviómetro, aunque no este muy alejado de los postes porque no se puede, si se aleja lo suficiente de ellos, porque los postes de alta tensión salpican más de 1 ½ m a la redonda la lluvia que rebota en sus partes altas del poste, es por ello que en este punto final se debe alejar lo mas que se pueda el pluviómetro tomando una distancia mínima de 1.5 m de cualquier poste eléctrico, cuidando también que no sea colocado debajo de los cables eléctricos, por que gotean y puede caer dentro del pluviómetro.
. NOTA:
Recomiendo todo esto, podemos decir que no debe colocarse el pluviómetro debajo de los cables o de ningún objeto que pueda gotear, donde no existan obstáculos que bloqueen la caída de la lluvia dentro del pluviómetro y por ultimo se debe de cuidar que el pluviómetro no se golpeado ni manipulado por las personas que por ahí caminan o corren.
El ciclo del agua en la atmósfera consta de tres partes diferentes, que son la evaporación, la condensación y la precipitación. Mientras cualquiera reconoce la diferencia entre evaporación y condensación, se percibe menos la distinción entre la condensación y la precipitación. El proceso de condensación es al acumulación de moléculas de vapor de agua en gotitas muy pequeñas. En cambio, en el proceso de precipitación se reúnen muchas de tales gotitas para formar gotas (o cristales de hielo)
del tamaño de las de lluvia (o nieve). Una gota de lluvia típica tiene un radio del orden de 1 mm, mientras que la gota de agua de una nube tiene un radio bastante menor que 20 micrómetros.
Clasificación morfológica.
Se llama precipitación a toda el agua que cae en forma líquida o sólida. Puesto que las condiciones atmosféricas varían mucho geográfica y estacionalmente, son posibles diferentes formas de precipitación. Las mas comunes son la lluvia y nieve. Según la apariencia de los elementos, la precipitación se clasifica en:
a) Lluvia: se define como una precipitación de agua líquida que llega al suelo, con gotas de diámetro entre 0.5 y 5 milímetros. Si la lluvia no llega al suelo, porque se evapora a medio camino al pasar por una capa de
aire seco, se forma una especie de cortina que cuelga de la base de la nube, llamada virga, que como no llega al suelo, no es lluvia.
Llovizna: Riego tenue de gotitas pequeñas, de diámetro menor que 0.5 milímetros, muy denso o compacto. Se puede considerar débil, moderada o fuerte dependiendo de la visibilidad.
Neblina o garúa: llovizna mucho mas tenue aún.
d) Nieve: la nieve se forma de cristales de hielo cuando el vapor de agua se congela en diminutas partículas sólidas en niveles donde las temperaturas son muy inferiores a 0º C.
Los cristales de hielo se van uniendo para formar los copos de nieve. Cuando los copos de nieve tienen suficiente peso, caen al suelo. Su tamaño, forma y concentración depende de la temperatura de donde se formen y por donde pasan y tienen una gran variedad de formas, pero todos tienen la característica de ser hexagonales, con un motivo único que no se repite. La nieve es transparente, aunque las reflexiones de los muchos lados de sus cristales hacen que parezca blanca. Una fotografía ampliada de un cristal de nieve muestra su simetría y diseño hexagonal (figura 6.16).
e) Aguanieve: Nieve fundente o mezcla de nieve y lluvia. f) Lluvia helada: Se produce cuando la temperatura en el nivel de las nubes son negativas y las gotas de lluvia
están sobreenfriadas. La lluvia se congela al llegar a la superficie y chocar con los objetos.
g) Agujas de hielo: Delgadas barritas o pequeñas chapas de hielo muy livianas que flotan. h) Granizo: se forma cuando las gotas de agua sobreenfriadas circulan en una zona de corrientes ascendentes en el interior de un cumulunimbus. El granizo cae de la nube como precipitación sólida de terrones de hielo duro, redondeados o irregulares, cuando adquiere demasiado peso para que las corrientes ascendentes lo mantengan en el aire. Es tal vez la forma más destructiva de precipitación, pueden provocar daños materiales por miles de millones de dólares cada año. En el año 1986, una tormenta de granizo sobre Bangladesh con piedras de mas de un kilo de peso, mató a 92 personas. Los signos que pueden indicarnos si una tormenta será de granizo pueden ser un tono verdoso de la base de la nube o el color blanquecino de la lluvia. Si parece probable que caiga granizo, mejor póngase a cubierto.
Clasificación genética.
La clasificación de la precipitación que se ha descrito anteriormente, se basa solo en el aspecto de los elementos de la misma. También se puede clasificar la precipitación en forma genética, relacionada directamente con el proceso de formación. El amplio espectro de esta clasificación se puede resumir en continua, chubascos y llovizna, como sigue: Precipitación continua: sin variaciones bruscas en su intensidad, tal como la lluvia o nieve que cae suavemente de una capa de altostratus y nimbustratus. Esta precipitación es debida a movimientos de gran des masas de aire que ascienden lentamente en una amplia extensión horizontal. Estos son los sistemas asociados corrientemente con los frentes y los ciclones.
b) Chubascos: precipitación de corta duración y con intervalos en claro. Esta clase de precipitación procede de los Cumulonimbus y es señal de una estratificación inestable en la que tienen lugar rápidos movimientos verticales del aire.
c) Llovizna: gotas pequeñas y numerosas cayendo de una niebla o de una capa baja de stratus. Son indicios de estratificación estable, sin ningún movimiento vertical de consideración. En buena parte, las pequeñas gotas pueden caer por la ausencia de movimiento vertical del aire hacia arriba.
ESTRATIFICACION
La estratificación del aire es un factor meteorológico determinante en lo que respecta a la contaminación atmosférica porque puede favorecer la dispersión de los residuos contaminantes en las capas altas. El aire frío, más denso que el aire caliente, ocupa las capas más cercanas a la superficie, y el aire caliente tiende a ascender. A medida que una masa de aire cálido asciende también se enfría, y dejará de subir en cuanto la temperatura del aire a su alrededor sea igual a la suya.
Por ello, dependiendo de la distribución de los estratos de aire se logrará que una masa de aire llegue o no a capas altas de la atmósfera. Existen tres tipos básicos de estratificación. Supongamos una masa de aire ascendente: Si la estratificación es estable, la temperatura de la masa de aire es baja, e inferior a la del aire a su alrededor.
En estas condiciones, la masa de aire no podrá ascender, a no ser que algún obstáculo del relieve (una montaña, por ejemplo) la fuerce. Por tanto, la estratificación estable no propicia la dispersión de los contaminantes. La estratificación es inestable cuando la masa de aire está más caliente que el aire adyacente. En este caso, la masa ascenderá a capas más altas, lo que favorece la difusión de los contaminantes.
Por último tenemos la estratificación indiferente, en la que las condiciones no propician ni impiden los movimientos de ascenso de la masa de aire, es decir, la temperatura de la masa de aire y el aire circundante es la misma.
2.3 Registros Pluviometricos y pluviograficos
Se denomina pluviometría al estudio y tratamiento de los datos de precipitación que se obtienen en los pluviómetros ubicados a lo largo y ancho del territorio, obteniendo así unos datos de gran interés para las zonas agrícolas y regulación de las cuencas fluviales a fin de evitar inundaciones por exceso de lluvia.
Además de la cantidad precipitada, es importante anotar qué tipo de fenómeno se produce (lluvia, llovizna, chubasco, con o sin tormenta) el que ha dado lugar a la precipitación. Los datos se anotan siguiendo el horario del día pluviométrico. La finalidad principal de una estación pluviométrica es la elaboración de la climatología de la zona en la que se encuentra.
Pluviómetro
Un pluviómetro es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada de un determinado lugar. La unidad de media es en milímetros (mm). Una precipitación de 5mm indica que si toda el agua de la lluvia se acumulará en un terreno plano sin escurrirse ni evaporarse, la altura de la capa de agua seria de 5mm. Los milímetros (mm) son equivalentes a los litros por metros cuadrados.
El pluviómetro recoge el agua atmosférica en sus diversos estados. El total se denomina Precipitación.
El agua recogida en el depósito se introduce en una probeta graduada, y se determina entonces la cantidad de lluvia caída, es decir, la altura en mm de la capa de agua que se habría podido formar sobre la superficie horizontal e impermeable, de no evaporarse nada.
Tipos de pluviómetros Pluviómetro estándar
El pluviómetro más común, que actualmente usan los aeropuertos y los meteorólogos oficiales, se invento hace más de 100 años.
Es un cilindro de 50cm de alto con un embudo de 20cm de diámetro. La altura del agua que se junta en el tubo de medición es precisamente diez veces lo que seria si se hubiera juntado en el cilindro solo. Esta exageración de la altura del agua en el tubo permite a los meteorólogos realizado mediciones más precisas de las precipitaciones.
En el tubo de mediciones se coloca una vara de medición especial con una escala que tiene en cuenta la exageneración.
PLUVIÓMETRO CON TUBO DE DESCARGA
En el año 1622, el arquitecto británico Sir Christopher Wren diseñó el primer pluviómetro con tubo de descarga .El pluviómetro con tubo
de descarga aún se usa mucho, pero utiliza dispositivos de medición electrónicos en vez de cinta de papel para registrar el volumen y el tiempo de las precipitaciones.
El pluviómetro con tubo de descarga registra el tiempo cuando uno de los dos cubos esencialmente diseñados se inclina, lo que sucede cuando un volumen de agua en particular cae en él (generalmente 0,1cm o 0,1pulgadas) .
Cuando uno de los cubos se inclina, el otro se mueve a su lugar para atrapar la siguiente unidad de precipitación.
Cada vez que un bulbo se inclina, se envía una señal electrónica al registrador conectado con un reloj.
Las mediciones pluviométricas se expresan en milímetros, 1 mm. de agua de lluvia equivale a un litro de agua por metro cuadrado.
El cálculo se efectúa sobre una superficie horizontal e impermeable de 1 metro cuadrado, durante el tiempo que dure la precipitación.
La variación estacional de las precipitaciones define el año hidrológico, este da inicio en el mes siguiente al de menor precipitación media de largo periodo.
Para poder evaluar correctamente las precipitaciones, es importante contar con registros mensuales, que a su vez deben haber sido observados por periodos de 20 y 30 años.
Las regiones deben adaptarse a la evolución de las condiciones existentes en materia de recursos hídricos y a sus manifestaciones potencialmente capaces de desencadenar catástrofes, como las modificaciones de los ciclos hidrológicos y las precipitaciones, por ello es importante disponer de productos estadísticos en materia.
Los responsables de gestiones en recursos hídricos deberían expresar sus necesidades concretas en materia de información climatológica, datos estadísticos, proyecciones, conjuntos de datos y variables hidrológicas.
Diversas obras de ingeniería civil son profundamente influenciadas por el factor clima entre los que, por su importancia se destaca la precipitación pluvial, el conocimiento de las lluvias extremas y de las intensas de corta duración, son importantes por ejemplo en una ciudad, para dimensionar el drenaje urbano, y para garantizar la vida útil de rutas, calles y autopistas.
Ofrecemos en este capítulo una serie de mediciones pluviales mensuales con sus totales y promedios anuales desde el año 1973 al 2004, para la ciudad de San Luis.
lluvias, ya que permite conocer la hora de comienzo y finalización de las precipitaciones así como su intensidad en litros por metro cuadrado caídos en una hora, hay que tener mucho cuidado con este término, porque cuando oímos que la precipitación recogida en una hora ha tenido una intensidad determinada, no quiere decir que haya caído toda esa cantidad; significa solamente que, si la precipitación hubiera continuado con esa intensidad durante una hora, se hubieran recogido los litros indicados.
Tipos de Pluviógrafos Pluviógrafo de balanza:
Consiste en un instrumento que permite recoger y registrar una cantidad representativa de lluvia, para eso el agua se colecta en un recipiente similar al pluviómetro cuyo peso accione un mecanismo acoplado al dispositivo registrador.
Pluviógrafo de flotador
En este tipo la lluvia captada por una boca de sección normalizada igual a la del pluviómetro cae dentro de un recipiente que contiene un flotador. A medida que el nivel de agua en el depósito sube, lo hace también el flotador, el que se halla vinculado al sistema registrador.
La capacidad del recipiente es igual al volumen de agua correspondiente a 10mm de lluvia, de modo que al llenarse se accione un sifón que desahogue el recipiente a un depósito y el flotante retorna a su posición inicial, para luego volver a subir si la lluvia continua.
Pluviógrafo a cubeta basculante
Este tipo de pluviografo cuenta, bajo la boca del embudo, con un compartimiento en el que hay 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, moviendo a la segunda cubeta al lugar de recolección del agua. En ese momento se acciona un circuito eléctrico que marca o produce el registro correspondiente.
Calculo de Aforo o Gasto en Sección Circular
Caso I (Completamente lleno)
P= TD
A= Área hidráulica (m²) D= Diámetro de la tubería P= Perímetro mojado d= Tirante
r = Radio hidráulico
Caso II (A la mitad)
D d
1.- Calcular el area hidráulica, perímetro mojado y radio hidráulico de un canal circular de concreto que tiene un diámetro de 1.5 m y un tirante de 0.75 m, n=0.017
V= velocidad n= coeficiente de rugosidad s= pendiente longitudinal Q= V X A V= A=TD²/8 = T(1.5)²/8 =0.88 m² P= TD/2 = T(1.5)/2 = 2.36 m r = A/P = 0.3722 m. V= =5.72 m/seg
Q= 5.72 m/seg x (0.8836)m² = 5.05 m³/seg 5m c.o Ɵ 7m Ɵ = 35.54 ° S = 0.035
2.4.- PRECIPITACION EN UNA ZONA
La cantidad de agua anual que cae sobre la tierra alcanzaría un valor medio de 900 mm de altura, pero el reparto se produce de forma desigual según las zonas y las estaciones.
EL REPARTO DESIGUAL SOBRE LA SUPERFICIE – EL MAPA DE ISOYETAS
Para representar el promedio anual de lluvia existente sobre la superficie terrestre se trazan sobre un mapa unas líneas llamadas isoyetas, que unen puntos que tienen el mismo promedio anual de precipitación. Al igual que con las temperaturas, para eliminar las variaciones anuales los valores de las precipitaciones se refieren a un periodo suficiente de años.
FACTORES QUE DETERMINAN LA DESIGUAL DISTRIBUCION ANUAL DE LAS PRECIPITACIONES
Los factores geográficos inciden en las diversas etapas del proceso – evaporación – condensación – precipitación
Hay factores que favorecen un elevado volumen de precipitación: proximidad a océanos calidos; factores que favorecen el enfriamiento adiabático del aire, como la existencia de gradientes térmicos inestables, areas afectadas por las perturbaciones o la orogafia. Otros factores influyen en que los volúmenes de precipitación sean bajos: distancia de los centros suministradores de humedad; altas presiones subtropicales; gradientes térmicos estables; situación alejada de la trayectoria de las tormentas; condición de sombra pluviométrica a sotavento de las montañas; bajo temperaturas del aire; corrientes marinas frias.
Aunque en general la distribución global de precipitación es complicada por ser una variable no continua, se puede explicar en términos de la circulación general de la atmósfera y de los sistemas de presión y de viento globales. En las regiones de altas presiones se tiene subsidencia por efecto de la convergencia en altura, que produce
compresión, calentamiento, secamiento y viento divergente en superficie, por lo que son regiones secas. Por el contrario e n las áreas de bajas presiones se tiene convección por efecto de la divergencia en niveles superiores, que produce expansión, enfriamiento, condensación y viento convergente en superficie, por lo que en estas áreas se produce abundante precipitación. Pero estos factores de latitud no son los únicos que regulan el régimen de precipitación, influyen también la ubicación geográfica, distribución de océanos y continentes, topografía, tipo de superficie. Como el aire cálido tiene una mayor capacidad para aceptar humedad comparada con el aire frío, en las latitudes más bajas se produce una mayor cantidad de precipitación, y en las latitudes altas menor precipitación.
En la figura se muestra la distribución mundial de precipitación media anual sobre las áreas continentales, se observa abundante precipitación en zonas tropicales y muy poca en latitudes altas y en las zonas polares. En latitudes subtropicales se observan regiones con alta precipitación, pero también regiones muy secas, los desiertos, lo que se explica por la distribución de los regímenes de presión y viento global.
La distribución de océanos y continentes también influye en los patrones de precipitación. Las grandes masas de tierras en latitudes medias experimentan un aumento de la precipitación desde la costa oeste hacia el interior, a la misma latitud, como se puede apreciar en la figura.
Las cadenas montañosas también alteran el régimen de precipitaciones respecto a lo esperado sólo con la distribución de vientos. A barlovento (desde donde sopla el viento) de las montañas se produce abundante precipitación y a sotavento escasa precipitación. Por ejemplo, como se aprecia en la figura, en la región de los vientos del oeste, la Patagonia Argentina es una zona desértica, que se encuentra a sotavento de los Andes, en cambio en el Sur de Chile se produce intensa precipitación al oeste de los Andes.
En las regiones subtropicales de los continentes se observa la mayor dispersión en el régimen de precipitación, aquí se encuentran los principales desiertos del mundo, pero también regiones con abundante precipitación. Esto es debido a la influencia de los anticiclones subtropicales, que producen efectos diferentes en sus bordes orientales respecto a los occidentales. La subsidencia es más pronunciada en los bordes orientales de los centros de los anticiclones, generándose una fuerte inversión de temperatura cerca de superficie, que produce una atmósfera muy estable en ese sector. Las corrientes frías de los océanos adyacentes a las costas oestes de los continentes, ayudan a la estabilidad y a crear condiciones secas en las áreas occidentales de los continentes.
Debido a que los anticiclones tienden a ubicarse en los lados orientales de los océanos, los bordes occidentales de los continentes adyacentes a los anticiclones subtropicales son muy áridos. No es sorprendente que en estas regiones de subsidencia centradas en 25º de latitud, en los sectores occidentales de los respectivos continentes, se encuentren los grandes desiertos subtropicales del mundo: el desierto de Atacama en Chile, el desierto del Sahara del norte de Africa, el Kalahari o de Namibia del suroeste de Africa, el gran desierto Australiano, el de Baja California del suroeste de Estados Unidos adyacente a México.
En estas áreas se encuentran los lugares mas calurosos y soleados del mundo. Pero no siempre son cálidos, ya que en las noches de invierno las temperaturas descienden a valores menores que las de congelación, por la enorme pérdida de calor por radiación durante las noches siempre muy despejadas.
Tampoco no siempre son claros y soleados, por ejemplo en el mas seco de todos, la zona costera del desierto de Atacama, con frecuencia es frío y cubierto de nubes.
La fría corriente de Humboldt hace que las temperaturas en superficie sean bajas y la fuerte subsidencia del anticiclón, producen una marcada y persistente inversión de temperatura, formándose una delgada capa de niebla y estratos debajo de la inversión. Esto puede ocasionalmente producir una muy débil llovizna pero nunca precipitación, lo mas común es la formación de la niebla conocida como camanchaca.
Los lados occidentales de los anticiclones tienen subsidencia menos importante y es más frecuente encontrar zonas de convergencia con movimientos ascendente.
El aire que se mueve grandes distancias sobre los océanos de aguas más cálidas, se carga de humedad y se favorece la inestabilidad. Por lo tanto los bordes orientales de los continentes reciben abundante precipitación todo el año, como se observa por ejemplo en Uruguay y Sur de Brasil, en la figura.
2.5 ANALISIS DE REGISTROS DE LLUVIAS
Oficialmente se clasifica la intensidad de la lluvia según la cantidad registrada en una hora, de tal modo que podemos oír hablar de lluvia débil, moderada o fuerte, e incluso lluvia inapreciable, muy débil, muy fuerte o torrencial. Por ejemplo, la lluvia muy fuerte sería entre 30.1 mm hasta 60 mm, registrados en una hora. Sin embargo, siguiendo el ejemplo podríamos encontrar dos registros de lluvia muy fuerte (p.e. 40 mm en una hora), pero uno podría ser constante (40 mm caídos regularmente durante una hora) y el otro podría ser muy variable (35 mm caídos en 5 minutos, y el resto, repartido hasta completar la hora).
Por tanto, la importancia no estaría sólo en que hayan caído 40 mm en una hora, sino que también sería importante cómo habrían caído esos 40 mm, si de forma regular o de forma muy irregular. El siguiente trabajo pretende cuantificar la regularidad o irregularidad de la distribución de la precipitación respecto al tiempo.
Hipótesis de partida y concepto de Intensidades Medias Máximas
El criterio empleado consiste en analizar las Intensidades Medias Máximas (IMM) correspondientes a cualquier intervalo de tiempo inscrito en un registro de precipitación. La hipótesis de partida viene dada por esta idea: la intensidad media se atenúa en función del tiempo de promedio.
El concepto de la IMM
Recordemos que la Intensidad Media Máxima en t minutos, , de un episodio de precipitación para una estación dada, se define como el valor más alto de todos los datos t-minutales de precipitación, , dividido entre t minutos, es decir:
Sea por ejemplo una precipitación de duración mayor a una 1 hora, con datos cada 5 minutos, y representamos las intensidades medias máximas de t = {5, 10, 15, 20, 25, …} minutos en función de dichos tiempos, obtendremos una curva cuyo mejor ajuste se corresponderá, de acuerdo con la hipótesis de partida, con la expresión que proponemos a continuación:
Donde es la IMM en t minutos y es la IMM en to minutos, y n es un parámetro ajustable a los datos, que estudiaremos más adelante.
De este modo, si la lluvia es perfectamente constante, la “intensidad media máxima” no dependerá del tiempo t, y por tanto n = 0, con lo que la expresión quedaría como
Curva de Intensidad Instantánea
Como se comentaba anteriormente la lluvia no tiene porqué presentar continuidad, es decir, es posible que la Intensidad Media Máxima en 10 minutos no sea exactamente la que se obtiene al juntar la Intensidad media Máxima en 5 minutos con la intensidad más alta entre los 5 minutos anteriores y los posteriores, sino que tal vez, existen unos 10 minutos diferentes de los que rodean al máximo 5-minutal que presentan un máximo 10-minutal independiente. Pero en este último caso se trataría probablemente de diferentes máximos relativos y por tanto de “ruido” respecto al intervalo de tiempo mayor escogido. Por otro lado, los fenómenos que tienen más interés son los que sí presentan una distribución “centrada” en un único máximo, de forma similar a una distribución gaussiana.
Figura 2. Distribución de la intensidad instantánea a lo largo del tiempo y distribución de la intensidad media máxima respecto al tiempo de promedio. 2.jpg
Ajuste de una curva de IMM a datos de intensidad real
Como ejemplo, vamos a usar los datos de intensidad 5-minutal de una estación del SAIH, de un episodio determinado de lluvias, y les ajustaremos una curva de IMM.
La intensidad media 5-minutal es la mínima resolución de las estaciones, por lo que lo podemos considerar como “intensidades instantáneas”.
Figura 3. Distribución de la intensidad media 5-minutal a lo largo del tiempo para las estaciones de Loriguilla y Zagra de la red del SAIH-CHJ. 3.jpg
Los pronósticos climáticos a largo plazo mencionaban que este año iba a ser muy lluvioso. Es decir, se iba a comportar de “Normal” a “Niño”, ya que había aumentado un grado la temperatura del océano Pacífico ecuatorial.
Los pronósticos climáticos a largo plazo mencionaban que este año iba a ser muy lluvioso. Es decir, se iba a comportar de “Normal” a “Niño”, ya que había aumentado un grado la temperatura del océano Pacífico ecuatorial. Recordemos que se considera año “Niño”, aquel donde se producen precipitaciones por encima de los valores promedios para un período o año. Sin embargo, se ha presentado una anomalía climática adelantada en el último mes del invierno y el primero de la primavera. Dicha variable, supera a la característica de “Niño” pronosticada ya que, normalmente, estos meses suelen ser secos y marcan el comienzo de las lluvias estivales.
En el siguiente cuadro figuran los registros pluviométricos de los meses de agosto, septiembre y octubre del 2012, junto a los valores promedios de una serie de 57 años para esos meses, en los departamentos de Iriondo, San Lorenzo y Rosario. Similares características se presentaron en el resto del sur de Santa Fe. Como se puede observar, en estos tres últimos meses de 2012 se produjeron lluvias que triplicaron los registros promedios para esos meses y elevaron el valor acumulado en lo que va del año a 1.185 mm, superando ya la media histórica (1.049 mm).
Figura 4. Curva instantánea aproximada a la distribución de la intensidad media 5-minutal a lo largo del tiempo para las estaciones de Loriguilla y Zagra de la red del SAIH-CHJ. 4.jpg
Para explicar los fenómenos ocurridos, tenemos que pensar que al llegar a la superficie del suelo, el agua de lluvia puede ingresar al mismo o escurrir por su superficie. La proporción que ingrese o escurra dependerá del agua anteriormente almacenada en el suelo, además de otros factores. Las precipitaciones de agosto y septiembre llenaron completamente el suelo de agua, aumentando la probabilidad de un mayor escurrimiento superficial. Por eso, bajo estas condiciones, casi toda la lluvia acaecida en octubre escurrió superficialmente colapsando los canales, arroyos y ríos, y acumulándose en las zonas bajas. La intensidad de alguna de estas lluvias provocó los desbordes e inundaciones, tanto de campos como de sectores urbanos, que son de público conocimiento. Si consideramos que noviembre suele ser un mes de altas precipitaciones y más aún en un año “Niño”, las perspectivas no son muy halagüeñas para los sectores mencionados, si se producen lluvias de mediana a alta intensidad.
Desde el punto de vista agrícola hemos detectado una gran variabilidad de casos dependiendo de la altura de los lotes en el relieve y del estado de uso del suelo. De los cultivos de invierno, sin duda los más afectados fueron las legumbres, especialmente el garbanzo, por la gran expansión del área de siembra y las propias enfermedades que se vieron favorecidas por las condiciones de humedad.
Por ahora, el panorama es distinto para los cultivos de verano, ya que la soja aún no se ha comenzado a sembrar y dependerá de las próximas condiciones climáticas. En el caso del maíz, no se pudo terminar de sembrar la superficie prevista para esta campaña, y lo que está nacido o naciendo fue afectado considerablemente en los sectores bajos, donde permaneció el agua por muchos días. En el resto se observa un buen crecimiento de las plantas.
Registro de lluvias mensuales del 2012 (en mm), comparadas con el valor promedio de una serie de los últimos 57 años, en la EEA Oliveros. * promedio anual.
Meses 2012 Serie 57 años Agosto 93.5 35.2
Septiembre 150.8 49.9 Octubre 334.5 105.6 Total 578.8 190.7 Acumulado anual 1185.4 1048.8*