Trabajo sobre precipitaciones :v

1. Curso en Manejo Ambiental del Recurso Agua
3. PRECIPITACIONES
Las precipitaciones se definen como cualquier agua que proviene de la humedad atmosférica y que cae a la
superficie terrestre, principalmente en estado líquido (lluvia) y sólido (nieve o granizo). Éstas representan el
elemento más importante del ciclo hidrológico, siendo su unidad de medición el milímetro (UNESCO, 1982)
En este contexto, las precipitaciones son la principal entrada de agua en una cuenca. Su importancia radica en
ser la forma de suministro natural de agua a los ecosistemas, condicionando la vida de los organismos y el
desarrollo de las actividades humanas (agrícolas, económicas, industriales, etc.). Es por ello que es muy
importante su conocimiento y estudio, tanto para su cuantificación del recurso como para la utilización en la
prevención de avenidas, diseños de obras públicas, estudios de erosión, etc.
Tipos de precipitación
Los tipos de precipitación se clasifican generalmente según la forma como se produce el levantamiento y
enfriamiento de las masas de aire. De este modo, las precipitaciones se pueden clasificar de la siguiente manera:
- Ciclónicas: están asociadas a las superficies de contacto
entre masas de aire de diferente temperatura y humedad.
Este fenómeno produce habitualmente precipitaciones
importantes y prolongadas.
Este tipo de precipitación puede clasificarse en frontal,
relacionada a frentes cálidos y frentes fríos, y no frontal.
Figura 1. Ejemplificación de una precipitación del tipo frontal.
- Convectivas: se deben al calentamiento de masas de
aire próximas al suelo, las cuales al ascender se enfrían
hasta alcanzar la condensación , para luego precipitar.
Son las típicas lluvias de verano, las cuales generalmente
son de corta duración, pero de gran intensidad.
Figura 2. Ejemplificación de una precipitación del tipo
convectiva.
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- Orográficas: son producto de aires húmedos,
generalmente provenientes de los océanos. las cuales
al encontrarse con barreras montañosas se ven
obligadas a ascender. Producto de este ascenso es el
enfriamiento de estas masas de aire, provocando la
precipitación.
Figura 3 . Ejemplificación de las precipitaciones orográficas.
Es importante señalar que, la precipitación varía en el espacio y en el tiempo. Cerca de las costas ocurren
mayores precipitaciones que en el interior (secano), debido a que el océano proporciona mayor humedad
atmosférica para la precipitación. Así también, las zonas montañosas, y producto del factor orográfico, presentan
mayores precipitaciones que zonas dominadas por planicies. La variabilidad de las precipitaciones en el área
continental de la tierra es muy variable. Ésta tiene un promedio de aproximadamente 800 mm, variando por
ejemplo, entre 0,5 mm en Arica (Chile), hasta más de 11000 mm, en Hawaii, USA.
Medición de las precipitaciones
Las mediciones de las precipitaciones forman el punto de partida de la mayor parte de los estudios concernientes
al uso y control del agua. Estas mediciones se realizan en distintos puntos geográficos en un área determinada
(por ejemplo, una cuenca hidrográfica). Estos puntos representan la medición puntual de las precipitaciones y,
permiten la estimación de las precipitaciones medias para una zona geográfica.
La cuantificación de las precipitaciones en un punto cualquiera se realiza mediante pluviómetros y/o
pluviógrafos(Figuras 4 y 5 respectivamente) . Un pluviómetro es un recipiente cilíndrico graduado, donde se mide
la lámina de agua recogida. La unidad de medida es el milímetro (mm), y la lectura del agua recogida se hace
habitualmente una vez al día.
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Figura 4. Pluviometro. Figura 5. Pluviográfo
En general, una medida al día de la precipitación puede ser suficiente, pero en muchas ocasiones se necesita un
registro continuo del fenómeno. Por ejemplo, si en un día han caído 100 mm, es muy diferente si éstos se
registraron en todo el día, o si han caído en una hora. El registro continuo de las precipitaciones se hace
mediante pluviógrafos, Un pluviógrafo funciona como un pluviómetro con un flotador que hace subir a una
plumilla que registra gráfica y continuamente el llenado del recipiente. El gráfico obtenido en la banda del
pluviografo se denomina pluviograma, y refleja la precipitación acumulada en función del tiempo.
Actualmente, existen modelos más modernos que registran datos electrónicamente para después ser pasados a
un ordenador, o los comunican instantáneamente con una oficina central.
Medición espacial de las precipitaciones
En general, las precipitaciones que caen en un sitio dado difieren de las que caen en los alrededores, aunque sea
en sitios cercanos. Los aparatos antes descritos registran la lluvia puntual, es decir, la que se produce en el punto
en que está instalado el aparato. Para el diseño de obras y la realización de diversos estudios e investigaciones
es necesario conocer la lluvia media en una zona dada, como puede ser una cuenca.
Existe una diversidad de metodologías utilizadas en hidrología para la estimación de las precipitaciones medias
para una zona geográfica. Entre los más utilizados están los métodos de la media aritmética, los Polígonos de
Thiessen y los mapas de isoyetas. El método aritmético consiste simplemente en obtener un promedio aritmético
de las lluvias registradas en cada estación usadas.
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Método aritmético:
n
P
Pm
i∑=
Pmj= Precipitación media del área en estudio, en el tiempo j (mm).
Pij= Precipitación de la estación i en el tiempo j (mm).
n = Número de estaciones.
El método aritmético es el más simple de todos, pero no toma en cuenta la distribución de las estaciones en la
cuenca ni la manera en que se distribuye la lluvia en el espacio, pues le asigna el mismo peso a todas las
estaciones colectoras de información; por ello es útil únicamente en zonas con topografía muy suave y
condiciones atmosféricas muy uniformes, o bien para tener sólo una idea aproximada de la altura de precipitación
media.
Método de los Polígonos de Thiessen:
El método de los Polígonos de Thiessen asigna a cada estación una superficie, la cual es obtenida
representando las estaciones en un plano, las que luego se unen a través de líneas rectas. A estas rectas
posteriormente se les trazan sus mediatrices hasta que se intersectan entre sí. Con los límites del área en estudio
y los límites que definen las mediatrices, se obtiene la superficie de influencia asignada para cada estación.
Matemáticamente esto queda expresado como:
∑
∑
=
=
=
= n
i
i
n
j
i
iji
j
S
PS
Pm
1
1
1
*
Pmj= Precipitación media del área en estudio, en el tiempo j (mm).
Si= Superficie de la influencia de la estación i (Km2
).
Pij= Precipitación de la estación i, en el tiempo j (mm).
Por el contrario, el método de los Polígonos de Thiessen sí toma en cuenta la distribución de las estaciones en el
área de la cuenca, pero no los factores topográficos y de otro tipo que afectan a la distribución de la lluvia. El
método de las isoyetas es el más preciso de todos, si éstas se trazan de manera que tomen en cuenta los efectos
topográficos en la distribución de la lluvia. Por otro lado, es el método más laborioso de los tres, pues cada lluvia
puede tener un plano de isoyetas diferente. En la figura 6 se puede apreciar una aplicación directa de este
método.
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Figura 6 . Trazado hipotético de lo polígonos de Thiessen.
El mapa de isoyetas corresponde a líneas que unen puntos de igual precipitación, las que se llaman isoyetas,
semejantes a las curvas de nivel de una carta topográfica. Este mapa se puede confeccionar representando
precipitaciones cada 100 mm, aunque en áreas con menores variaciones en la pluviometría, el intervalo debería
ser menor.
Un mapa de isoyetas (Figura 7), es un documento básico dentro del estudio hidrológico de una cuenca: no
solamente nos permite cuantificar un valor medio, como se ha indicado, sino que presenta gráficamente la
distribución espacial de la precipitación para el periodo considerado.
Figura 7. Mapa de isoyetas.
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El método de los polígonos de Thiessen es más conveniente que el de las isoyetas desde el punto de vista
práctico. Junto con ello, un estudio realizado por la Facultad de Ingeniería Forestal en 1998, determinó que esta
metodología es seguro, y confiable para tratar la información pluviométrica en la VII Región.
Errores en la medición de la precipitación
Como las precipitaciones son la única fuente de humedad que llega a la superficie terrestre, la exactitud en su
medición y su evaluación es determinante en el resultado de un balance hídrico, ya que se puede considerar el
elemento más importante que interviene en él.
Sin embargo, a pesar de su importancia, no se puede estimar con un alto grado de exactitud, ya que su
evaluación está afectada por dos tipos de errores: a) error en la medida puntual y b) error en la evaluación
espacial de la precipitación caída sobre una superficie.
En lo que respecta al error en la medida puntual, se puede decir casi sin excepción que la precipitación medida
por los pluviómetros es menor que la que realmente cae. Esto, debido a que el pluviómetro crea una perturbación
aerodinámica modificando el campo de precipitación en sus inmediaciones, creando turbulencias que afectan la
cantidad de lluvia. La principal causa de error en la medida de las precipitaciones es la acción del viento que
produce una turbulencia que desvía la trayectoria de las gotas de lluvia o copos de nieve registrando valores que
tienen error por defecto (registran un menor monto de lluvia), que es tanto mayor cuanto más grande es la
velocidad del viento y menor la velocidad de caída de la gota de agua o copo de nieve.
La exactitud en la evaluación de las precipitaciones caídas en una zona geográfica depende esencialmente de la
densidad de la red de estaciones y de la calidad de los instrumentos, instalaciones y observadores. La densidad y
la calidad de los instrumentos dependen de la zona en estudio y del fin que se persiga.
Ejemplo práctico
Se desea calcular la precipitación media caída sobre una determinada área geográfica en 2001, en la cual se
ubican seis estaciones pluviométricas. Se tiene el siguiente cuadro:
Estación Ai (Km2) Pai P2001 (mm)
E1
E2
E3
80
22
148
604
470
390
630
570
430
Ei : Estación pluviométrica i.
Ai : Área de influencia de la estación i, según los polígonos de Thiessen.
Pai : Precipitación media del área de influencia de la estación i, obtenida por Isoyetas.
Pei : Precipitación media de la estación i
P2001: Precipitación de la estación i en 2001.
En la aplicación de los métodos resulta lo siguiente:
1. Método de la media aritmética:
Precipitación media = (630 + 570 + 430)/3
= 543 mm.
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2. Método de los Polígonos de Thiessen
Precipitación media según Thiessen:
= (630*80)+ (570*22)+ (430* 148) / 250
= 507 mm.
3. Método de las Isoyetas
Área de influencia de cada isoyeta:
I400: 604
I500: 470
I600: 390
Área de influencia de cada estación:
E1: 80
E2: 22
E3: 148
Precipitación media segúnIsoyetas:
= [(604*80)+ (470* 22)+ (390*148)] /250
= 466 mm.
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E1
E2
E3
E1
E2
E2
400
500600

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Bibliografía
 Chow V; Maidment, D y Mays, L. 1994. Hidrología Aplicada . Mc Graw-Hill. Bogotá, Colombia. 584 p.
 Linsley, R; Kohler, M y Pauhlus, J. 1988. Hidrología para ingenieros. 2da edición. Mc Graw - Hill
Latinoamericana. D.F. México. 386 p.
 Pizarro R; González P; Whithersheim M; Saavedra J; y Soto, C. 1993. "Elementos de hidrología III".
Editorial Universidad de Talca. Talca, Chile. 133 p.
 Sánchez, F. 2001. "Apuntes de cátedra de Hidrología e Hidrogeología". Departamento de Geología,
Universidad de Salamanca, España. http://web.usa.es/~javisan/hidro.htm
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