clases de hidrologá general_semana n° 04 _fica_unheval

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO

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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN

HUNUCO - PER

Curso:

Cdigo:

Condicin:

Pre - requisitos:

HIDROLOGA GENERAL

4105

OBLIGATORIO

ESTADISTICA Y MECANICA DE FLUIDOS II

CLASES S04 - CICLO 2015.1

Responsable de ctedra :

C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per

Hunuco. Abril del 2015

Precipitacin

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Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per

Ge

nera

lid

ad

es

Rgimen Hidrolgico de una regin

Es funcin de las caractersticas fsicas, geolgicas,

topogrficas y climatolgicas

Factores climatolgicos de mayor importancia

1) La precipitacin

2) La evaporacin

3) La temperatura

4) La humedad del aire

5) Los vientos

3), 4) y 5) en la medida que ejercen influencia sobre la

precipitacin y la evaporacin

Se incidir en el estudio de la precipitacin: Formas,

distribucin, medidas y anlisis de datos necesarios para su

cuantificacin.

Precipitacin

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Ge

nera

lid

ad

es

La latitud como factor fijo de la variacin de la temperatura en el mundo

Disminuye

El calor y

Ms fro

Disminuye

El calor y

Ms frio

Precipitacin

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Ge

nera

lid

ad

es

La temperatura cambia con la ALTITUD

+

fro

Hace ms fro a

medida que

subimos en altura.

La temperatura

disminuye entre 0,5

a 1.0 cada 100 m.

ESTAR CERCA DEL MAR HACE QUE LA TEMPERATURA SEA MS SUAVE

Precipitacin

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Ge

nera

lid

ad

es

Mapa de la distribucin de precipitaciones en el mundo

Precipitacin

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Ge

nera

lid

ad

es

Monitoreo satelital de la ubicacin de los pluvimetros e Imagen de

radar con una resolucin de 2 x 2 km2 y un alcance de 240 km. .

reportando densidad de precipitaciones

Precipitacin

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Cla

sif

icacio

nes

Las precipitaciones pueden ser clasificadas de acuerdo con las

condiciones que producen movimiento vertical de aire:

La evaporacin (zonas hmedas y clidas)

Las montaas son factores que favorecen la lluvia

El choque de aire caliente y aire fro

1) Precipitaciones Convectivas

Son importantes en proyectos de pequeas hoyas hidrogrficas

2) Precipitaciones Orogrficas

Son los principales causantes hoy de lluvias en la Costa Peruana

3) Precipitaciones por Convergencia

Existen tres (03) tipos: Convergencia propiamente dicha,

ciclones y frentes

Precipitacin

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1.1.) Por evaporacin de la humedad de los suelos

Cla

sif

icacio

nes

Precipitacin

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1.2.) Por el contacto de masa de aire a diferentes temperaturas

Cla

sif

icacio

nes

Precipitacin

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1) Precipitaciones Orogrficas

Lluvias tpicas en zonas montaosas

Cla

sif

icacio

nes

Precipitacin

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A B

3) Precipitaciones por

Convergencia 3.1) Convergencia

Propiamente dicha.-

Cuando dos masas de

aire de aproximadamente

la misma temperatura,

que viajan en direccin

contraria, se encuentran

a un mismo nivel. El

choque entre las dos

masas de aire hace que

ambas se eleven.

Cla

sif

icacio

nes

Precipitacin

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3) Precipitaciones por

Convergencia 3.2.1) Ciclones.-

Masas de aire circular con baja

presin que gira en el sentido

contrario al de las manecillas del

reloj en el hemisferio norte.

3.2.1) Anti-Ciclones.-

Es una zona de alta presin

circular, que gira en el sentido de

las manecillas del reloj en el

hemisferio norte.

Cla

sif

icacio

nes

Precipitacin

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3) Precipitaciones por Convergencia 3.3) Frentes

Cuando una masa de aire en movimiento

se encuentra con otra masa de aire de

diferente temperatura. Si la masa de aire

en movimiento es fra y encuentra en su

camino otra de temperatura superior, el

aire de sta ltima, por ser menos

denso, se eleva sobre la capa de aire fro

formando un frente fro. Si la masa de

mayor temperatura encuentra en su

movimiento una masa de aire fro, se

forma un frente clido.

Cla

sif

icacio

nes

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Atm

s

fera

Perfil de la atmsfera terrestre (Byers, 1974)

Factores Climticos

La atmsfera, segn la definicin que

brinda la enciclopedia Britannica

(1992), es la cubierta gaseosa que

rodea a la superficie de la tierra y la de

otros planetas del sistema solar.

La composicin qumica de la

atmsfera terrestre cerca de la

superficie. Consiste de los gases

siguientes: Nitrgeno, en un 78% en

medida volumtrica; oxigeno

molecular en un 21%; argn en un

0.9%; pequeas cantidades de dixido

de carbono, vapor de agua, metano,

oxido nitroso, helio, nen, criptn,

xenn, entre otros. Tambin se

encuentran en suspensin pequeas

partculas slidas y lquidas.

15/60



Por su parte, la atmsfera terrestres se ha dividido en 5 regiones

principales considerando la variacin de la temperatura con la altitud.

La regin que va de la superficie hasta una altitud que oscila de 6 a 11

km. se le denomina troposfera y su caracterstica principal es la

disminucin de la temperatura con la altura. En la parte superior de

sta regin la temperatura permanece constante hasta una altitud de

26 km. A esta zona se le designa con el nombre de tropopausa.

Por encima de la tropopausa, la temperatura aumenta hasta llegar a

una altitud aproximada de 48 km.: a esta regin se le conoce como la

estratosfera y al igual que la regin anterior, en su porcin superior, la

temperatura se conserva constante. La regin con esta caracterstica

se le denomina estratopausa.

Una diferencia importante entre la troposfera y la estratosfera, es el

sentido del movimiento de las masas de aire: en la primera

predominan los movimientos verticales y en la segunda los

horizontales.

Factores Climticos

Atm

s

fera

16/60



Continuando con el anlisis del perfil de la atmsfera terrestre, se

observa una abrupta disminucin de la temperatura, conforme aumenta

la altitud ms all de 50km. A esta regin se le denomina la mesosfera y

a la porcin superior donde la temperatura se mantiene constante se le

designa con el nombre de mesopausa.

Posteriormente, al sobrepasar los 90km., la temperatura aumenta

nuevamente, preservando esta condicin hasta los 500 km. A esta

regin se le denomina termosfera.

Finalmente, a la regin exterior se conoce como exosfera: en esta

regin la densidad de la atmsfera es muy baja, de modo que la colisin

entre molculas es un evento con una probabilidad muy baja, perdiendo

as el sentido que comnmente se le asigna a la temperatura

(Britannica, 1992).

Por su parte, se sabe que el 90% del peso de la atmsfera se concentra

en los primeros 16 km. (McIlveen, 1992), y desde el punto de vista de la

meteorologa e hidrologa, el inters se enfoca en la regin cercana a la

superficie, es decir a la troposfera.

Factores Climticos

Atm

s

fera

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Fo

rmaci

n

Fuente: Julio Kuroiwa Zevallos HF-UNI, Lima, 2013

Factores Climticos

El Agua en la atmsfera

Slo un cienmilsimo (1/100,000) del agua que existe en el mundo se encuentra en la atmsfera

Sin embargo, el agua atmosfrica es la que produce los cambios climticos que afectan al

mundo

El vapor de agua est mezclado con el aire, que es una mezcla de gases que existe en la

atmsfera

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Fo

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n


Factores Climticos

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Fo

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n


Factores Climticos

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Fo

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Factores Climticos

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n


Factores Climticos

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Factores Climticos

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n


Factores Climticos

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n


Factores Climticos

Relacin entre la presin de vapor y la Temperatura

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Fo

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n


Factores Climticos

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Fo

rmaci

n


Factores Climticos

Columna de aire hmedo. Se muestra la variacin de la presin con respecto

a la altitud (izquierda) y la variacin de la temperatura con respecto a la

altitud (derecha)

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Fo

rmaci

n


Factores Climticos

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Fo

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n


Factores Climticos

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Fo

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n


Factores Climticos

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Fo

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n


Precipitacin, Formacin y Tipos

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Fo

rmaci

n



La formacin de nubes se ilustra en la siguiente figura.

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Fo

rmaci

n



PROCESO DE FORMACIN DE NUBES

A medida que el aire asciende, el agua se condensa y se

convierte en lquido

Si la temperatura est por debajo del punto de congelamiento,

se pueden formar cristales de hielo

Para que ocurra la condensacin del agua, debe estar

presentes substancias nucleantes: polvo, aire salado (mar),

sulfuro, oxgeno, partculas emitidas por combustin

(aerosoles).

Las gotas pequeas crecen por impacto y caen por gravedad

Al caer, pierden parte de su masa por evaporacin y se elevan

por la accin turbulenta del viento

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Fo

rmaci

n



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Intr

od

ucci

n

Medidas Pluviomtricas

DEFINICIN

La cantidad de lluvia (h), se expresa, como la altura cada y

acumulada sobre una superficie plana e impermeable. Para dichas

mediciones se utilizan los pluvimetros y los pluvigrafos.

MEDIDAS CARACTERSTICAS

a) Altura pluviomtrica, expresada en mm. se expresa

diariamente, mensualmente, anualmente, etc.

b) Intensidad de Precipitacin, i = h / t expresada en

mm./hora

c) Duracin, es el perodo de tiempo en horas, por ejemplo,

desde el inicio hasta el fin de la precipitacin.

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Ins

tru

men

tos

Estacin Meteorolgica


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Ins

tru

men

tos


Pluvimetro

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Ins

tru

men

tos

Pluvimetro

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Ins

tru

men

tos

Pluvigrafo

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Ins

tru

men

tos

Pluvigrafo - Pluviograma

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Ins

tru

men

tos

Evapormetro

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Ins

tru

men

tos

Estacin Meteorolgica Automatizada

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Intr

od

ucci

n


Se muestra el registro de precipitaciones

mensuales para los aos 1971 al 2011 de

la Estacin climatolgica Pampa Blanca

que forma parte del Proyecto Especial

Tambo Ccaracocha, ubicada en el

Gobierno Regional de Ica.

Se observa un registro completo, sin

ausencia de datos, sin embargo debe

evaluarse las siguientes cuestiones:

Es esta informacin CONFIABLE Los datos registrados son

REPRESENTATIVOS del lugar

Cmo evalo la CALIDAD de la informacin

Cmo evalo que los errores en la toma de la informacin son mnimas y

que no afectarn significativamente

los resultados al usarla?

Para responder estas interrogantes

recurrimos a las tcnicas de ANLISIS

DE CONSISTENCIA DE DATOS

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Pro

ce

dim

ien

tos


Qu se debe hacer?

Entonces, se deben hacer investigaciones para

encontrar la razn de la inconsistencia (Anlisis de

consistencia) y evaluar su probable efecto de los

datos.

Ningn ajuste deber ser aplicado al registro sin antes

constatar cambios en el mtodo de recolectar los

datos, cambios en la ubicacin de la estacin,

ocurrencia de eventos climatolgicos extremos, entre

otros.

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An

li

sis


ANLISIS DE CONSISTENCIA DE DATOS

Los datos hidrolgicos constituyen una secuencia de observaciones de

algunas de las fases del ciclo hidrolgico, efectuada en un lugar

determinado.

Los datos pueden ser:

Un registro de las descargas de una corriente en un lugar.

Un registro de la cantidad de precipitacin captada en un cierto

pluvimetro.

Aunque para la mayora de los propsitos hidrolgicos se prefiere un largo

registro en lugar de un corta duracin, quien los use debe conocer que

cuanto ms largo sea el registro, hay ms probabilidad de que haya cambios

en las condiciones fsicas de la cuenca o en los mtodos de recolectar datos.

Si los cambios son apreciables, el registro as compuesto no representara

una condicin real, representara una condicin no existente y no una que no

existi o bien antes o bien despus del cambio. Tal registro es

INCONSISTENTE

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An

li

sis


Es CONFIABLE la informacin?

La respuesta a esta pregunta, se obtiene realizando el

anlisis de consistencia de la informacin disponible

mediante criterios fsicos y mtodos estadsticos que

permitan identificar, evaluar y eliminar posibles errores

sistemticos que han podido ocurrir, sea por causa

natural u ocasionados por intervencin de la manos

del hombre.

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An

li

sis


ANLISIS DE CONSISTENCIA

1) No homogeneidad e Inconsistencia (NH-I)

La NH-I en secuencias hidrolgicas representa uno de los aspectos ms importantes del estudio en la hidrologa

contempornea, particularmente en lo relacionado a la

conservacin, desarrollo y control de recursos hidrulicos, ya que

cuando no se identifica, elimina ni se ajustan - a las condiciones

futuras - la inconsistencia y no homogeneidad en la muestra

histrica, puede introducirse un error significativo en todos los

anlisis que se hagan obteniendo resultados altamente sesgados

Aliaga De Pirola (1978).

2) Inconsistencia (I)

Inconsistencia (I), es sinnimo de error sistemtico, y se

presenta como saltos y tendencias. Aliaga De Pirola (1978).

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An

li

sis



3) No homogeneidad (NH)

La NH se define como los cambios de los datos vrgenes con el tiempo; en los datos de precipitaciones ocurre por tre fuentes

principales

1. Movimiento de las estaciones en una distancia horizontal

2. Movimiento en una distancia vertical

3. Cambios en el medio ambiente de una estacin como

rboles, construcciones de casas, entre otros


4) Errores (E)

Errores (E), Los errores significativos, pueden arrastrarse de

muchas fuentes, en forma general los datos medidos, incluyen dos

tipos de errores sistemticos y aleatorios. o accidentales


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An

li

sis



4.1) Errores Sistemticos (Es)

Los Errores Sistemticos (Es) son de la mayor importancia, pues

como consecuencia de los mismos, los datos pueden ser

incrementados o reducidos sistemticamente, con lo que los

resultados finales se desvan, pudiendo producirse grandes errores

en los estudios de utilizacin y regulacin que se realicen a partir de

dichos datos.

Los Errores Sistemticos (Es) pueden ser a la vez naturales y

artificiales, los mismos que ocurren en una direccin, como saltos y

como tendencias; de all que sean este tipo de errores los que se

analicen para eliminarlos de los datos inconsistentes

Aliaga De Pirola (1978)

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An

li

sis



4.2) Errores Aleatorios (Ea)

Los Errores Aleatorios (Ea) se presentan a causa de la inexactitud

en la mediciones y observaciones

Este tipo de errores son difciles de evaluar despus de transcurrido

algn tiempo; las causas que dan lugar a este tipo de errores

pueden ser diversos, siendo los ms comunes: errores de

observacin como lecturas con poco cuidad, aparto ligeramente

estropeado y mal colocado, error de trascripcin de clculo (los ms

frecuentes), errores de copia, errores de impresin, errores de

interpretacin, etc.


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An

li

sis



5) Anlisis de Saltos (AS)

Los SALTOS Jump , llamados tambin resbalamientos, son

formas determinsticas transitorias que permiten a una serie

estadstica peridica pasar de un estado a otro, como respuesta a

cambios hechos por el hombre, debido al continuo desarrollo y

explotacin de recursos hidrulicos en la cuenca o varios cambios

continuos que en la naturaleza pueden ocurrir.

Los SALTOS se presentan en la media, desviacin estndar y otros

parmetros, pero generalmente el anlisis ms importante es en los

dos primeros


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An

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sis



5) Anlisis de Saltos (AS)

GRFICO N 3.1: REPRESENTACIN TPICA DE UNA SERIE DE CAUDALES MEDIOS MENSUALES

CON COMPONENTE TRANSITORIA EN LA FORMA DE SALTO

PERIODO : AO 1 - AO 48

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

En

e A

o

1

En

e A

o

2

En

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3

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o

4

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e A

o

5

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6

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o

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o

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o

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En

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o

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En

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o

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o

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o

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o

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En

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o

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o

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En

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o

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En

e A

o

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En

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o

46

En

e A

o

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En

e A

o

48

Meses

Ca

ud

al

Me

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Me

ns

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l (m

3/s

)

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Pro

ce

dim

ien

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ANLISIS DE CONSISTENCIA DE DATOS

Para el anlisis de la calidad de la informacin se cuentan con los

siguientes procedimientos

1. Completar datos Faltantes

2. Inspeccin Visual

3. Anlisis de Doble Masa

4. Anlisis de Inferencia Estadstica

5. Anlisis Estadstico de la Media y Desviacin Estndar, segn

las Pruebas de T de Student y F de Fisher.

Combinado estos criterios se llega a tener una idea de la

confiabilidad de la muestra para corregirla si fuese necesario

aumentando su bondad estadstica (El 1ero., 4to. y 5to. son del tipo estadstico mientras que el 2do. y el 3ero. son procedimientos del tipo

grfico)

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Pro

ce

dim

ien

tos


1. COMPLETAR DATOS FALTANTES Existen estaciones pluviomtricas con datos faltantes en sus registros, debido

entre otros factores, a la negligencia del operador o a la ausencia del aparato

medidor durante determinado tiempo.

Como en la hidrologa se trabaja con series continuas, se deben completar dichos

datos faltantes.

En general, se puede utilizar la siguiente frmula para completar dichos datos

faltantes, siempre y cuando se conozcan datos durante ese perodo, en otras

estaciones pluviomtricas cercanas.

n

n

xxxx P

N

NP

N

NP

N

N

nP ........

12

2

1

1

Donde:

n: Nmero de estaciones pluviomtricas con datos de registros continuos cercanas a a estacin x, la cul va

a ser completada en un registro

Px: Precipitacin de la estacin x durante el perodo de tiempo por completar

P1 a Pn : Precipitacin de las estacones 1 a n durante el perodo de tiempo por completar

Nx : Precipitacin media anual a nivel multianual de la estacin x

N1 a Nn : Precipitacin media anual a nivel multianual de las estaciones de 1 a n.

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Pro

ce

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ien

tos


2. INSPECCIN VISUAL La inspeccin visual ayudar a observar grficamente la homogeneidad o no de

los datos del registro. Se pueden obtener grficos de la variable hidrolgica versus

tiempo que indiquen que los datos son homogneos y consistentes o que

evidencien la presencia de cambios bruscos o cambios continuos.

Identificacin

Saltos: Identificados por los cambios bruscos en los datos, por lo que stos no

son considerados homogneos ni consistentes.

a) Saltos en la media:

b) Saltos en la desviacin estndar:

Tendencias: Identificados por los cambios continuos en los datos, por lo que

stos no son considerados homogneos ni consistentes.

a) Tendencia en la media; sta tiende a incrementarse con el tiempo:

b) Tendencia en la desviacin estndar; sta tiende a incrementarse con el

tiempo

De la apreciacin visual de estos grficos se deduce si la informacin es

aceptable o dudosa

.;)( cteStX

)(;. tScteX

21

_

2

_

1 ; SSXX

2121 ; SSXX

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Pro

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dim

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GRFICO N 3.2: HISTOGRAMA TPICO DE PRECIPITACIN TOTAL MENSUAL HISTRICA

(mm) PERIODO: 1964 - 2006

0

50

100

150

200

250

En

e 1

95

6

En

e 1

95

7

En

e 1

95

8

En

e 1

95

9

En

e 1

96

0

En

e 1

96

1

En

e 1

96

2

En

e 1

96

3

En

e 1

96

4

En

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96

5

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96

6

En

e 1

96

7

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96

9

En

e 1

97

0

En

e 1

97

1

En

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En

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En

e 1

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7

En

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e 1

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98

0

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e 1

98

1

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0

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99

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00

0

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00

6

Meses

Pre

cip

ita

ci

n t

ota

l m

en

su

al

(mm

)

Grficos Originales (AVGO)

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Pro

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tos


3. ANLISIS DE DOBLE MASA

El ADM, permite verificar grficamente la calidad de la informacin en

comparacin con estaciones vecinas. Una curva doble masa es una grfica en

papel aritmtico que se consigue acumulando valores de la estacin de inters as

como los valores de la estacin ndice para el mismo periodo.

Tener en cuenta al aplicar el mtodo los siguiente. Aliaga-De Pirola (1978).

El ADM, se utiliza para determinar la consistencia de la informacin en lo

relacionado a errores que pueden haberse producido durante la obtencin de

los mismos y no para una correccin a partir de la recta de doble masa.

Los errores posibles se pueden detectar por el quiebre o quiebres que

presentan los diagrama considerndose una estacin con menos errores

consistentes, en la medida que presente un menor nmero de puntos de

quiebre.

Los diagramas originales, sirven para determinar el rango de los perodos

dudosos y confiables para cada estacin en estudio.

Se debe tener en cuenta que slo para efectos del ADM, la informacin

incompleta se llena por interpolacin o con el promedio mensual, si el anlisis

es mensual .

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Pro

ce

dim

ien

tos


PROCEDIMIENTO

Para desarrollar el ADM, se siguen los siguientes pasos recomendados

por Aliaga-De Pirola (1978).

1. Plotear en el eje de las abcisas el promedio de la informacin anual

acumulada de todas las estaciones de la cuenca y, en el eje de las

ordenadas la informacin anual acumulada de cada una de las

estaciones de estudio. (Ver grfico del ADM).

2. De stos doble masa se selecciona la que presente menor nmero de

quiebres como las ms confiable.

3. La estacin elegida en (2) como la ms confiable se plotea en el eje

de las abcisas y, en las ordenadas cada una de las dems

estaciones. En ambos ejes la informacin ploteada es la acumulada.

58/60



Pro

ce

dim

ien

tos


Grfico del ADM

GRFICO N 3.3: ANLISIS DE DOBLE MASA DE LA PRECIPITACIN TOTAL ANUAL (mm).

PASO 1. SIETE ESTACIONES; PERIODO: 1957 - 2006

0.0

10,000.0

20,000.0

30,000.0

40,000.0

50,000.0

60,000.0

0.0 5,000.0 10,000.0 15,000.0 20,000.0 25,000.0 30,000.0 35,000.0 40,000.0 45,000.0

Pp Acumulada estacin Promedio (mm)

Pp

Ac

um

ula

da

7 e

sta

cio

ne

s a

na

liza

da

s (

mm

)

Estacin 1 Estacin 2 Estacin 3i Estacin 4

Estacin 5 Estacin 6 Estacin 7

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Pro

ce

dim

ien

tos


ANLISIS ESTADISTICOS PARA VERIFICAR

CONSISTENCIA

4) Anlisis de Inferencia Estadstica

5) Anlisis Estadstico de la Media y Desviacin Estndar,

segn las Pruebas de T de Student y F de Fisher.

Habindose obtenido de los grficos originales y de los de

doble masa el perodo dudoso o de posible correccin de los

datos . Implica que un periodo de datos se mantendr con su

valores originales. Aliaga-De Pirola (1978).

Se procede a analizarlos estadsticamente, tanto en la media como

en la desviacin estndar, para ver sis sus valores estn dentro del

rango permisible para un cierto nivel de significacin, segn la

hiptesis que se plantea.. Aliaga-De Pirola (1978).

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Tra

bajo

escalo

nad

o

Precipitacin

ACTIVIDADES A DESARROLLAR PARA EL TRABAJO

ESCALONADO

En el Expediente Tcnico del proyecto que evala,

determinar:

1) Describa la Informacin meteorolgica con la que dispone en el

mbito de influencia del Proyecto cuyo Expediente Tcnico

evala. Si considera que sta informacin es insuficiente,

explique el por qu? y describa la informacin que adicionar,

indicando la fuente de procedencia, proceso de adquisicin,

usos y aplicaciones. Comente los resultados luego de adicionar

informacin meteorolgica en comparacin con los que

inicialmente se consider en el Expediente Tcnico

2) Evalu la consistencia de los datos meteorolgicos en la zona

de influencia del proyecto que evala. De ser necesario

complete los datos faltantes

clases de hidrologá general_semana n° 04 _fica_unheval

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