Hidro tp2 color

Facultad de Ingeniería Departamento de Hidráulica
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Cátedra: HIDROLOGÍA
GUIA DE TRABAJOS PRACTICOS Página 1
Trabajo Práctico Nº 2: Procesamiento de los datos de precipitación
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO Nº 2
Procesamiento de los datos de precipitación
1. Calcular la PRECIPITACIÓN MEDIA sobre la cuenca para la tormenta dato
La determinación del volumen de agua precipitado sobre un área dada es de constante aplicación
en hidrología y dicho volumen puede determinarse para una tormenta o para una sucesión de
tormentas caídas en un período de duración fija, como puede ser un mes, un trimestre
(coincidente con una estación climática) o un año. En todos los casos lo que se calcula es la
precipitación media y para ello se utilizan comúnmente tres métodos: Media Aritmética, Polígonos
de Thiessen e Isohietas.
1.1. Método de la Media Aritmética
Consiste en realizar la suma del valor registrado en cada una de las estaciones pluviométricas y/o
pluviográficas ubicadas dentro del área en estudio y dividirla por el número total de estaciones,
siendo el valor así hallado la Precipitación Media. Se trata de un método de resolución rápida y
que conlleva un grado de precisión muy relativo, el cual depende: del número de estaciones
pluviométricas y/o pluviográficas, de la ubicación de las mismas en la cuenca y de la distribución
de la lluvia estudiada. Es el único método que no requiere de un conocimiento previo de la
ubicación de cada estación. El valor buscado se calcula haciendo:
n
P
P
n
1i
i∑=
=
Siendo:
P precipitación media sobre la cuenca
Pi precipitación observada en la Estación i
n número de estaciones
1.2. Método de los Polígonos de Thiessen
Requiere el conocimiento de la ubicación de cada estación dentro o en la periferia de la cuenca
para proceder a su aplicación, identificando el área de influencia de cada pluviómetro y/o
pluviógrafo. Así se van formando triángulos entre las estaciones más cercanas uniéndolas con
segmentos rectos sin que éstos se corten entre sí y tratando que los triángulos sean lo más
equiláteros posibles.
A partir de allí se trazan líneas bisectoras perpendiculares a todos los lados de los triángulos, las
que al unirse en un punto común dentro de cada triángulo conforma una serie de polígonos que

delimitan el área de influencia de cada estación. El área de influencia de cada estación
considerada “Polígono” está comprendida exclusivamente dentro de la cuenca (Fig. 1).
Fig. 1: Trazado de los polígonos de Thiessen
La precipitación media es:
∑
∑
=
=
⋅=
⋅
=
n
1i
i
i
n
1i
ii
)
A
A
P(
A
)AP(
P
Siendo:
P precipitación media sobre la cuenca
Pi precipitación observada en la Estación i
Ai área del polígono correspondiente a la Estación i
A área total de la cuenca
n número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas con influencia en la cuenca
El cálculo ordenado de la lluvia media por el método de Thiessen se realiza utilizando la Tabla 1:
Tabla 1: Cómputo de la precipitación media según polígonos de Thiessen
(1) (2) (3) (2 x 3)
Estación Precipitación Area de la Estación i Pi x Ai
Ei Pi [mm] Ai [km2
] [mm.km2
]

1.3. Método de las Curvas Isohietas
Para aplicar este criterio se debe contar con un plano de Curvas Isohietas de la tormenta en
estudio. Las isohietas son curvas que unen puntos de igual precipitación y para trazarlas se
requiere un conocimiento general del tipo de tormentas que se producen en las zonas.
Primeramente, se utilizan los mismos segmentos que unen las estaciones en estudio, según
Thiessen; y para cada uno de ellos, en función de los montos pluviométricos de dichas
estaciones, se van marcando sobre los mismos, los valores de precipitación con el cual se irán
formando las isohietas, de manera proporcional entre la distancia y la diferencia de precipitación
de las dos estaciones unidas por cada segmento.
Fig. 2: Trazado de las curvas de isohietas
Una vez que las isohietas se han volcado sobre el plano de la cuenca se procede a determinar la
superficie encerrada entre curvas, para multiplicarla por la precipitación de esa faja, que es la
media entre las dos isohietas que delimitan la faja, actuando con procedimiento similar al
aplicado para curvas de nivel. La sumatoria de tantos términos así calculados como fajas entre
isohietas haya, dividida por el área de la cuenca, nos da el valor de la precipitación media.
El cálculo se desarrolla según la Tabla 2:

Tabla 2: Cómputo de la precipitación media según las Curvas de Isohietas
Isohietas Precipitación Area entre isohietas Pi x Ai
Pi [mm] Ai [km2
] [mm.km2
]
Al igual que en el método de Thiessen, la lluvia media sobre la cuenca se calcula utilizando la
fórmula anterior.
2. Realizar la estimación de un dato faltante de precipitación
Con bastante frecuencia es necesario conocer el dato de lluvia de una o varias tormentas o
períodos mensuales, el o los cuales no se han podido medir o que habiéndose medido no han
sido volcado a la planilla de registros de la estación. En esos casos existen criterios para obtener
el dato buscado conociendo los valores registrados en estaciones vecinas que tienen influencia
sobre la zona de ubicación del dato faltante, la cual llamaremos Estación Incógnita.
El criterio general consiste en tomar tres (3) estaciones cercanas que posean datos confiables y
comparar la lluvia media anual en cada una de las estaciones mencionadas, las que llamaremos
Estaciones Base, con la lluvia media anual de la estación incógnita. En ese caso, se puede
presentar dos situaciones:
1. Si la lluvia media anual en la estación incógnita difiere en menos de un 10% con la lluvia
media anual de cada una de las estaciones base, entonces el dato faltante se obtiene
como el promedio aritmético de los tres datos de las estaciones base correspondientes a
la tormenta o período que se está tratando;
2. Si la lluvia media anual de la estación incógnita difiere en más de un 10% con la lluvia
media anual de alguna de las estaciones base, para valuar el dato faltante se usa la
siguiente ecuación:






⋅+⋅+⋅⋅= pc
c
x
pb
b
x
pa
a
x
px h
P
P
h
P
P
h
P
P
3
1
h
Siendo:
hpx precipitación buscada para la tormenta en la estación incógnita;
hpa, hpb, hpc precipitación conocida para la tormenta en las estaciones base;
Pa, Pb, Pc precipitación media anual en las estaciones base;
Px precipitación media anual en la estación incógnita.
También deberá aplicarse un segundo criterio, el cual ha sido desarrollado por el Servicio
Meteorológico de los Estados Unidos (U.S. National Weather Service), consistente en estimar la
precipitación en el punto incógnita, como un promedio ponderado de otras cuatro (4) estaciones

con datos conocidos, ubicadas cada una de ellas en un cuadrante de los cuatro obtenidos por una
delimitación en línea N-S y E-O que se cortan en el punto incógnita (Fig. 3).
Cada estación debe cumplir con la condición de ser la más cercana a la incógnita en su respectivo
cuadrante y el peso que le corresponde en el valor a determinar es igual a la inversa del
cuadrado de la distancia a la estación incógnita. En cada estación se multiplica el valor registrado
por ese factor de ponderación, para así conocer el dato faltante;
Fig. 3: Estimación de dato faltante según U.S. Nacional Weather Service
El dato faltante se calcula con la siguiente fórmula:
∑
∑
=
=
















=
n
1i
2
i
n
1i
2
i
pi
px
r
1
r
h
h
Siendo:
hpx precipitación buscada para la tormenta en la estación incógnita;
hpi precipitación conocida para la tormenta en las estaciones base;
ri distancia entre la estación con dato conocido i y la estación incógnita;
Cuando hay algún cuadrante que carece de estaciones, no se considera en el cálculo y se utilizan
los tres restantes, manteniendo el método su validez.

3. Realizar la verificación y ajuste de datos anuales de precipitación,
aplicando el análisis de DOBLE MASA
Cuando se quiere comprobar si los registros de una estación pluviométrica, anuales o
estacionales, no han sufrido variaciones que conduzcan a valores erróneos, se utiliza la técnica de
Doble Masa. Esas variaciones pueden ser por un cambio en la ubicación del instrumental, una
variación en las condiciones periféricas del lugar de medición o un cambio del observador que
efectúa las lecturas.
El método de doble masa considera que en una zona meteorológica homogénea, los valores de
precipitación que ocurren en diferentes puntos de esa zona en períodos anuales o estacionales,
guardan una relación de proporcionalidad que puede representarse gráficamente. Esa
representación consiste en identificar la estación que queremos controlar, tomando los valores
anuales de precipitación. Luego deben contarse con por lo menos tres (3) estaciones vecinas
cuyos registros anuales sean confiables y que llamaremos estaciones base, cuya serie de datos
anuales debe coincidir con el de la estación a controlar. En cada año, a partir del primero con
registro, se promedian los valores de las estaciones base y se acumulan por años sucesivos,
obteniéndose una precipitación media anual acumulada. Luego, en un sistema de ejes
ortogonales, se grafica en ordenadas los valores de precipitación anual acumulada de la estación
a controlar y en abscisas los de precipitación media anual acumulada de las estaciones base. Si
los registros no han sufrido variaciones, los puntos se alinean en una recta de pendiente única,
por lo tanto no será necesario efectuar correcciones. Si por el contrario hay variaciones en la
pendiente de la recta, significa que parte de la serie contiene valores erróneos por lo cual el
registro de datos debe ser corregido a partir del año en el que cambia la pendiente de la recta.
Se obtiene en ese caso un Factor de Corrección que es proporcional a la variación de la pendiente
de la recta (Fig. 4). El factor de corrección se obtiene haciendo Pc/Pe que en el ejemplo del
gráfico será ≥ 1, debido a que los registros anuales medidos han sido menores a los reales y
deben corregirse a partir del año del error, tomando los valores anuales sin acumular y
afectándolos a cada uno por el factor de corrección.
Fig. 4: Análisis de DOBLE MASA

Para graficar la recta del Doble Masa se construye la Tabla 3:
Tabla 3: Tabla de cálculo del Análisis de DOBLE MASA
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Estaciones Base Estación a controlar
Años
A B C Promedio Acum. Anual Acum. Corregida
1948 914 857 1426 1065 1065 1168 1168 …
1949 888 532 741 720 1785 755 1923 …
… … … … … … … … …
… … … … … … … … …
… … … … … … … … …
Se grafican los datos de la columna (6) en abscisas contra los datos de la columna (8) en
ordenadas y se verifica la necesidad o no de efectuar una corrección. En caso afirmativo, deben
corregirse los valores erróneos de la columna (7) y presentarse en la columna (9) de la Tabla
anterior.
4. Construir las curvas ALTURA DE PRECIPITACIÓN - ÁREA - DURACIÓN (hp-
A-d) para la tormenta analizada en el 1er Paso
Una gran cantidad de problemas hidrológicos requieren del análisis de la distribución temporal y
espacial de una tormenta. Este tipo de análisis ocurren en tiempos diferentes y sobre áreas de
diferentes tamaños. Los trabajos se centralizan en tormentas de gran volumen con un centro
definido y tomando las curvas isohietas como límites para las áreas asignadas a cada nivel de
precipitación. Cuando las tormentas halladas poseen más de un centro, entonces se divide al área
original en tantas subáreas como centros de tormentas haya, y cada una se analiza
independientemente de la otra.
El total precipitado de la tormenta debe distribuirse basándose en los datos proporcionados por
uno o más pluviógrafos, en incrementos sucesivos en el tiempo que guardan relación con la
duración total de la tormenta y que por lo general son de 2, 4 ó 6 horas. De ese modo es posible,
para una lluvia cuya duración total es de 24 horas, seleccionar en ella la lluvia máxima para
duraciones menores como por ejemplo 6, 12 y 18 horas.
Obtenida la distribución de la lluvia para los máximos en cada duración se los ubica gráficamente
en un gráfico cartesiano Área - Precipitación y se traza la curva envolvente para cada duración
estudiada.
El cálculo de las curvas hp (mm) - A (km2
) - d (horas) debe hacerse para las tormentas de mayor
volumen precipitado, de modo que puedan representarse las condiciones más críticas. Los pasos
para el cálculo son los siguientes:
1. Tomando la curva masa del registro pluviográfico disponible se procede a obtener la
distribución porcentual de la lluvia en cada uno de los intervalos en que se optó por dividir
a la duración total de la tormenta;
2. La distribución porcentual antes determinada se considera válida para toda la cuenca y
por lo tanto se procede a distribuir el total precipitado en cada estación pluviométrica de
acuerdo a los % obtenidos del pluviógrafo;

3. Se confecciona la Tabla 4 en la que se colocan ordenados cronológicamente los
milimetrajes calculados en el punto anterior, para luego ordenarlos de acuerdo a la
precipitación máxima absoluta para cada duración, de la forma siguiente:
Tabla 4: Cálculo para la construcción de las curvas hp-A-d
Precipitación por intervalo Precipitación máx. absoluta
Estación
6 hs. 12 hs. 18 hs. 24 hs. 6 hs. 12 hs. 18 hs. 24hs.
A
B
C
15
.
.
3
.
.
35
.
.
48
.
.
48
.
.
83
.
.
98
.
.
101
.
.
4. Teniendo los valores de precipitación máxima absoluta para cada duración elegida, se han
de volcar los mismos en un plano diferente para cada duración, recordando que para la
duración total (24 horas) ya han sido graficados (1er. Paso). Luego se trazarán las curvas
isohietas de cada duración, de modo de obtener gráficos como los siguientes (Fig. 5):
Fig. 5: Isohietas para las duraciones de 6, 12, 18 y 24 hs.
5. Se procede a planimetrar, en cada gráfico, las áreas encerradas entre las curvas isohietas,
anotando los valores que se ven obteniendo en la siguiente Tabla 5

Tabla 5: Tabla de cálculo para la construcción de las curvas hp-A-d
1 2 3 4 5 6 7
Isohietas Área Encerrada Área Neta
Precipitación
Media
Volumen
Precipitado
Volumen
Precipitado
Acumulado
Precipitación
Media Máxima
[mm] [km2
] [km2
] [mm] [mm. km2
] [mm. km2
] [mm]
La columna (2) registra el incremento de área a medida que se planimetran las sucesivas
fajas entre isohietas, comenzando siempre desde las mayores hacia las menores. La (3)
es exclusivamente el área de la faja planimetrada en esa línea, la (4) es la precipitación
promedio para cada faja. Las columnas (5) y (6) son el resultado de multiplicar las
columnas (3) y (4) - Volumen precipitado - en forma individual y acumuladas,
respectivamente. La última columna corresponde a la precipitación media máxima para
cada área encerrada (columna 6 dividida por la columna 2) y resulta en definitiva el valor
buscado para la graficación
6. Finalmente se grafican los resultados resumidos del cuadro anterior de manera que la
tormenta crítica para diferentes duraciones pueda ser utilizada para toda la gama de
superficies que pueden darse en la cuenca estudiada (Fig. 6):
Fig. 6: Curvas ALTURA DE PRECIPITACIÓN – AREA – DURACIÓN (hp-d-A)
Bibliografía:
VEN TE CHOW, MAIDMENT y MAYS (1994); “Hidrología Aplicada”, Editorial McGraw-Hill, Bogotá (Colombia).
LINSLEY, KHOLER y PAULUS (1982); “Hidrología para Ingenieros”, Editorial McGraw-hill, Bogotá (Colombia).

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