Trabajo de Bandas

ANLISIS DE TORMETASHIDROLOGA SUPERFICIAL

I. INTRODUCCIN

Entre los estudios para el anlisis del rgimen de lluvias de un pas, se encuentra el rgimen de intensidades de lluvia. Entre las aplicaciones ms sobresalientes de este tipo de anlisis lo constituye el diseo hidrulico de diferentes obras hidrulicas para la evacuacin segura de la escorrenta originada por eventos de lluvias, en reas urbanas y rurales. Normalmente, este tipo de aplicaciones requiere de eventos de lluvias intensas asociados a una duracin y a una frecuencia de ocurrencia. Las curvas de duracin-intensidad-frecuencia (IDF), ofrecen dicha relacin.

En Cajamarca, este tipo de curvas se encuentran deducidas para un nmero reducido de estaciones, para diferentes pocas y en documentos dispersos. Por otro lado no se cuenta, a la fecha, con un panorama espacial de este tipo de curvas a nivel nacional.

En el presente informe se presenta un resumen de los resultados de los anlisis realizados durante el desarrollo del estudio de intensidades de precipitacin en Cajamarca. En este estudio se deducen curvas IDF para estaciones ubicadas en diferentes regiones de Cajamarca.

La informacin bsica utilizada para los anlisis respectivos fue obtenida de las cartas pluviogrficas respectivas proporcionadas por el docente del curso.

II. OBJETIVOS

Analizar tres bandas pluviogrficas de una tormenta. Hallar las intensidades mximas para 10 minutos, 30 minutos, 60 minutos, 120 minutos de cada banda pluviogrfica. Graficar el hietograma del anlisis de cada banda pluviogrfica. Graficar la curva IDF de la banda pluviogrfica.

III. MARCO TERICO:

3.1. PRECIPITACIONES

1. DEFINICIN: Se entiende por precipitacin a la cada de partculas liquidas o slidas de agua. Es cualquier tipo de agua que cae sobre la superficie de la tierra. Las diferentes formas de precipitacin incluyen lloviznas, lluvia, nieve, granizo, agua nieve, y lluvia congelada. Las precipitaciones son importantes porque ayudan a mantener el balance atmosfrico. Sin precipitaciones, todas las tierras del planeta serian desiertos. Las precipitaciones ayudan a los granjeros a crecer su siembra y nos proporcionan agua fresca para beber.Las precipitaciones tambin pueden ser dainas. Demasiada lluvia puede ocasionar inundaciones severas y muchos accidentes automovilsticos. El granizo puede daar siembras y autos. La lluvia helada y el agua nieve pueden destruir rboles y torres de poder elctrico.2. MEDICIN DE LA PRECIPITACIN:La precipitacin se mide mediante instrumentos diseados para calcular la precipitacin llamados pluvimetros o nivmetros.La precipitacin lquida se mide utilizando pluvimetros, el vapor medido es la profundidad de agua producida por una precipitacin. Otro mtodo de medir el monto de precipitacin es a travs del uso de radares. El radar es un dispositivo que detecta objetos transmitiendo y recibiendo las reflexiones de la radiacin en longitudes de onda de microondas.3. ORIGEN DE LAS PRECIPITACIONES:

a) Tipos de precipitacin: Precipitacin ciclnica: Es la que est asociada al paso de una perturbacin ciclnica. Precipitacin frontal: Ocurre cuando dos masas de aire de distintas presiones, tales como la fra (ms pesado) y la clida (ms liviana) chocan una con la otra. Precipitacin convectiva: Se produce generalmente en regiones clidas y hmedas., cuando masas de aire clidas, al ascender en altura, se enfran, generndose de esta manera la precipitacin. Precipitacin orogrfica: Es la que se genera durante el ascenso de una nube sobre un relieve como lo son las montaas y las cordilleras. Esto ocurre porque el vapor de agua se eleva demasiado y su temperatura baja lo suficiente como para precipitar en forma lquida.

b) Variaciones: Temporal: La variacin anual de las precipitaciones se da en el mbito de un ao, en efecto siempre hay meses en que las precipitaciones son mayores que en otros. Para evaluar correctamente las caractersticas objetivas del clima, las precipitaciones mensuales deben haber sido observadas por un periodo de por lo menos 20 a 30 aos, lo que se llama un periodo de observacin largo. Espacial: La distribucin espacial de la precipitacin sobre los continentes es muy variada, donde las precipitaciones son extremadamente escasas y otras muy hmedas; la orografa del terreno influye fuertemente en las precipitaciones. Una elevacin del terreno provoca muy frecuentemente un aumento local de las precipitaciones, al provocar la ascensin de las masas de aire saturadas de vapor de agua. 4. LLUVIA:La lluvia es una precipitacin de agua en forma de gotas; cuando estas alcanzan un dimetro superior a los 0,5mm caen a la tierra por la gravedad a una velocidad superior a los 3m/seg. En estos momentos se produce la lluvia.La cantidad de lluvia que cae en un lugar se mide por los pluvimetros. La medicin se expresa en milmetros de agua y equivale al agua que se acumulara en una superficie horizontal e impermeable de 1m cuadrado durante el tiempo que dure la precipitacin. La lluvia, en su cada, se distribuye en forma irregular que acabara desembocando en el mar.5. CLASIFICACIN DE LLUVIA: Lluvias orogrficas o de relieve: Son debidas a un obstculo montaoso que obliga al aire a elevarse, este origina la condensacin del vapor de agua y la formacin de nubes en la vertiente montaosa expuesta al viento (vertiente de barlovento). Lluvias de conveccin: Se produce cuando una masa de aire hmeda y recalentada por estar en contacto con una superficie caliente asciende. Al ascender se enfra y esto causa que alcance el punto de roco originndose una precipitacin. Son las tpicas tormentas de verano que suelen venir acompaadas de un gran aparato elctrico. Lluvia cida: Es una forma de precipitacin en la que el agua de lluvia lleva diludos xidos de azufre y de nitrgeno dando lugar a una grave forma de contaminacin. Est provocada por la emisin de gases a la atmsfera, sobre todo los de las centrales trmicas, de algunas industrias y de las calefacciones domsticas. Las consecuencias son problemas respiratorios en las personas y grandes daos en la vegetacin, los cultivos y los suelos. Llovizna: Precipitacin bastante uniforme que cae blandamente y est formada por gotas finsimas, muy numerosas y que parecen flotar en el aire. Es lluvia compuesta totalmente de gotas que tienen un dimetro menor a 0,5mm. Las gotitas son tan pequeas que su cada en charcos, ros o lagos no es perceptible a la vista. El agua que se evapora de la superficie de los mares y continentes no se queda en el aire, al menor enfriamiento se condensa en nubes que enseguida caen en forma de gotas de agua, si alcanzan 0,05milmetros de espesor se presenta la lluvia. Chispear: Es cuando llovizna dbilmente, en especial lo hace de forma intermitente. Lluvia: Precipitacin acuosa en forma de gotas. Chubasco: Precipitacin de gotas de agua que caen desde una nube del genero cmulonimbos. Se caracteriza por que empieza y termina repentinamente, por variaciones de intensidad muy bruscas y porque del estado del cielo sufre cambios muy rpido. Tormenta: Precipitacin en forma de chubasco, acompaada por vientos fuertes, que es provocada por una nube del gnero cumulonimbos. Tromba: Cuando un tornado se origina en el ocano o en el mar en vez de formarse en tierra firme, se denomina: Tromba Marina. Las trombas o mangas marinas siguen una direccin vertical, aunque algunas veces se inclinan o encorvan. Su color es gris oscuro, sin embargo, cuando las ilumina el sol toman un color amarillento. Despus de formadas aumentan su tamao. Su duracin por lo general es de media hora. Antes de desaparecer empiezan por disminuir su dimetro hasta que el mar recobra su aspecto normal. Estos torbellinos de agua y viento son muy frecuentes en el Ocano Pacfico, en las cercanas de China y del Japn. Sus efectos son muy desastrosos, en especial para la embarcacin pequea. Nevada: Accin de caer nieve. Se produce de agua helada que se desprende de las nubes y llega a la tierra en forma de copos blancos.6. INSTRUMENTO DE MEDICIN:Para la medida y registro de las precipitaciones se emplea un material de observacin bsica muy sencilla, pero de cierta diversidad y dificultad en cuanto a instalacin, normas de empleo e interpretacin de sus medidas. Para ello utilizamos un pluvimetro y un nivmetro.a) Pluvimetro:Un pluvimetro es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada de un determinado lugar. La unidad de media es en milmetros (mm). Una precipitacin de 5mm indica que si toda el agua de la lluvia se acumular en un terreno plano sin escurrirse ni evaporarse, la altura de la capa de agua seria de 5mm. Los milmetros (mm) son equivalentes a los litros por metros cuadrados.El pluvimetro recoge el agua atmosfrica en sus diversos estados. El total se denomina Precipitacin.

b) Nivmetro:El nivmetro es un aparato diseado para medir la profundidad y espesor de la capa de nieve, aguanieve o granizo y evala un clculo de la cantidad de agua precipitada de esta manera en un lugar determinado, durante un intervalo de tiempo dado.Existen diferentes tipos, como son el nivmetro lser o el acstico (snico). El acstico no necesita tocar la superficie de la nieve y su principio de funcionamiento es utilizando un transmisor-receptor a modo de reflector de ondas con frecuencia ultrasnica.Se utiliza para el control del agua, trfico y meteorologa.

3.2. ESTUDIO DE UNA TORMENTA.

1. DEFINICIN:

Se entiende por tormenta o borrasca, al conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbacin meteorolgica y de caractersticas bien definidas. De acuerdo a esta definicin una tormenta puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y aun das y puede abarcar extensiones de terrenos muy variables, desde pequeas zonas, hasta vastas regiones.

2. IMPORTANCIA DEL ANLISIS DE TORMENTAS:

El anlisis de las tormentas, est ntimamente relacionado con los clculos o estudios previos al diseo de obras de ingeniera hidrulica, como son:

Estudio de drenaje. Determinacin de caudales mximo, que deben pasar por el aliviadero de una represa, o que deben encausarse, para impedir las inundaciones. Determinacin de la luz de un puente. Conservacin de suelos. Calculo del dimetro de alcantarillas.

Las dimensiones de estas obras, dependen principalmente de la magnitud que las tormentas tengan, y de la frecuencia o periodo de retorno, esto a su vez determina el coeficiente de seguridad que se da a la obra, o los aos de vida probable de la misma.

Se comprende que lo mejor sera disear una obra para la tormenta de mxima intensidad y de duracin indefinida, pero esto significa grandes dimensiones de la misma y lgicamente hay un lmite, despus del cual, los gastos ya no compensan el riesgo que se pretende cubrir. Entonces, en la prctica, no se busca una proteccin absoluta, sino la defensa contra una tormenta de caractersticas bien definidas, o de una determinada probabilidad de ocurrencia.

3. ELEMENTOS FUNDAMENTALES DEL ANLISIS DE TORMENTAS:

Durante el anlisis de las tormentas hay que considerar:

a) La Intensidad:

Es la cantidad de agua cada por unidad de tiempo. Lo que interesa particularmente de cada tormenta, es la intensidad mxima que se haya presentado, ella es la altura mxima de agua cada por unidad de tiempo. De acuerdo a esto la intensidad se expresa as:

I mx. =P/ti mx.=Intensidad mxima, en mm/horaP=Precipitacin en altura de agua, en mmT=Tiempo

b) La Duracin:

Corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de la tormenta. Aqu conviene definir el periodo de duracin, que es un determinado periodo de tiempo, tomado en minutos u horas, dentro del total que dura la tormenta. Tiene mucha importancia en la determinacin de las intensidades mximas.

c) La Frecuencia:

Es el nmero de veces que se repite una tormenta, de caractersticas de intensidad y duracin definidas en un periodo de tiempo ms o menos largo, tomado generalmente en aos.

d) Periodo de Retorno:

Intervalo de tiempo promedio, dentro del cual un evento de magnitud X, puede ser igualado o excedido, por lo menos una vez en promedio. Representa el inverso de la frecuencia, es decir:T=1/f

4. EL HIETOGRAMA Y LA CURVA DE PRECIPITACIN:

La intensidad de la precipitacin, se vara en cada instante durante el curso de una misma tormenta, de acuerdo a las caractersticas de esta. Es absolutamente indispensable, cuando se hace el anlisis de las tormentas, determinar estas variaciones, porque de ellas dependen muchas de las condiciones que hay que fijar para las obras de ingeniera hidrulica, para las que se hacen principalmente esta clase de estudios. Esto se consigue mediante dos grficos: el hietograma y la curva masa de precipitacin.

a) Hietograma:

Es un grfico de forma escalonada como un histograma, que representa la variacin de la intensidad expresada en mm/hora de la tormenta, en el transcurso de la misma expresada en minutos u horas.

Mediante este hietograma es muy fcil decir a qu hora, la precipitacin adquiri su mxima intensidad y cul fue el valor de esta.

Matemticamente este grafico representa la relacin:I=dP/dtI=IntensidadP=precipitacinT=tiempo

b) Curva Masa de Precipitacin:

La curva de precipitacin, es la representacin de la precipitacin acumulada vs el tiempo. Se extrae directamente del pluviograma.

La curva masa de precipitacin, es una curva no decreciente, la pendiente de la tangente en cualquier punto, representa la intensidad instantnea en ese tiempo.

5. PROCESO PARA EL ANLISIS DE UNA TORMENTA REGISTRADA POR UN PLUVIOGRAMA:

Para realizar el anlisis de una tormenta, registrada por un pluviograma, hacer lo siguiente:

1) Conseguir el registro de un pluviograma.2) Realizar una tabulacin con la informacin obtenida del pluviograma.3) Dibujar el hietograma.4) El hietograma permite apreciar ms objetivamente como varia la intensidad durante la tormenta.5) Dibujar la curva masa de precipitaciones esto se consigue ploteando las columnas tiempo-precipitacin.6) Calcular la intensidad mxima para diferentes periodos de duracin.

IV. ANLISIS DE TORMENTA DE UNA BANDA PLUVIOGRFICA:

Se realiz el anlisis de tormenta de tres bandas pluviogrficas

4.1. BANDA PLUVIOGRFICA N 01

CUADRO DE LLUVIA Y TIEMPO:Se tabula con los datos de la banda pluviogrfica una tabla que contenga los datos de lluvia y tiempo en el que se produce dicha precipitacin.Para el clculo de la intensidad tomamos la columna de la lluvia parcial (mm) y la dividimos entre el tiempo parcial (hr).El cuadro del anlisis del pluviograma dado se muestra a continuacin:Cuadro N 1: Anlisis del Pluviograma de una Tormenta.HORAINTERVALO DE TIEMPO (min)TIEMPO ACUMLLUVIA PARCIAL(mm)LLUVIA ACUM(mm)INTENSIDAD (mm/min)INTENSIDAD (mm/h)

17:15:00 p.m.000000.0000

18:50:00 p.m.95950.20.20.0020.1263

19:20:00 p.m.301250.40.60.0130.8000

19:50:00 p.m.301550.61.20.0201.2000

20:10:00 p.m.200.92.10.0452.7000

20:30:00 p.m.20200.52.60.0251.5000

20:45:00 p.m.15350.53.10.0332.0000

21:09:00 p.m.245914.10.0422.5000

21:23:00 p.m.147315.10.0714.2857

21:45:00 p.m.229516.10.0452.7273

22:00:00 p.m.151100.76.80.0472.8000

22:40:00 p.m.401500.77.50.0181.0500

23:10:00 p.m.301800.27.70.0070.4000

HIETOGRAMA:Para graficar el hietograma, tomamos los datos de la lluvia parcial (mm) y los datos de la intensidad (mm/hr):

CLCULO DE INTENSIDADES:

Calculamos las intensidades mximas para 05, 10, 30, 60 y 120 minutos.

Tabulamos los datos obtenidos:

Cuadro N 2: Intensidades Mximas y Periodos de Duracin.

Duracin (min.)103060120240

Imx (mm/hr)73.40054.76042.50032.10516.066

GRFICO DE LA CURVA IDF:

Para graficar la curva IDF tomamos los datos del cuadro N 2 y graficamos en el eje X la duracin (min.) y en el eje Y las intensidades mximas para 05, 10, 30, 60 y 120 minutos.

INTENSIDADES MAXIMAS

Para 30 minutos300.6





4.2. BANDA PLUVIOGRFICA N 02

CUADRO DE LLUVIA Y TIEMPO:Se tabula con los datos de la banda pluviogrfica una tabla que contenga los datos de lluvia y tiempo en el que se produce dicha precipitacin.Para el clculo de la intensidad tomamos la columna de la lluvia parcial (mm) y la dividimos entre el tiempo parcial (hr).El cuadro del anlisis del pluviograma dado se muestra a continuacin:Cuadro N 1: Anlisis del Pluviograma de una Tormenta.HORAINTERVALO DE TIEMPO (min)TIEMPO ACUMLLUVIA PARCIAL(mm)LLUVIA ACUM(mm)INTENSIDAD (mm/min)INTENSIDAD (mm/h)

12:20:00 p.m.000000.0000

12:30:00 p.m.10100.20.20.0201.2000

23:00:00 p.m.6306400.10.30.0000.0095

23:08:00 p.m.86480.10.40.0130.7500

23:17:00 p.m.96570.20.60.0221.3333

23:55:00 p.m.386950.10.70.0030.1579

24:05:00 a.m.107050.10.80.0100.6000

24:10:00 a.m.57100.61.40.1207.2000

24:20:00 a.m.107200.51.90.0503.0000

24:30:00 a.m.107300.62.50.0603.6000

24:38:00 a.m.87380.22.70.0251.5000

01:05:00 a.m.277650.43.10.0150.8889

03:00:00 a.m.1158800.13.20.0010.0522

07:00:00 a.m.24011200.13.30.0000.0250

HIETOGRAMA:Para graficar el hietograma, tomamos los datos de la lluvia parcial (mm) y los datos de la intensidad (mm/hr):

CLCULO DE INTENSIDADES:

Tabulamos los datos obtenidos:

Cuadro N 2: Intensidades Mximas y Periodos de Duracin.

INTENSIDADES MAXIMAS






GRFICO DE LA CURVA IDF:

Para graficar la curva IDF tomamos los datos del cuadro N 2 y graficamos en el eje X la duracin (min.) y en el eje Y las intensidades mximas para 05, 10, 30, 60 y 120 minutos.

V. CONCLUSIONES:

Se grafic el hietograma de cada banda pluviogrfica con lo cual se obtuvo la intensidad mxima.

Se hall la intensidad maxima para 30, 60, 120 y 240 minutos de cada banda pluviogrfica.

Se grafic la curva I-D-F con los datos de las intensidades mximas y los peridos de duracin.

VI. RECOMENDACIONES:

Hacer consultas sobre la lectura de las bandas pluviogrficas para realizar un mejor anlisis de tormentas.

Verificar textos sobre como realizar un mejor anlisis de tormentas: intensidad mxima, hietograma, curvas I-D-F.

Trabajar en equipo para resolver dudas y realizar un mejor trabajo.

VII. BIBLIOGRAFA:

www.es.wikipedia.org/wiki/Precipitaci%C3%B3n_(meteorolog%C3%ADa) www.teleformacion.edu.aytolacoruna.es/AYC/document/atmosfera_y_clima/humedad/precipitaciones0.htm Hidrologa/Mximo Villn Bjar/Tercera Edicin - Lima Per 2011/Pgs. 86 104.

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