Una estrategia de seguridad en la nube alineada al NIST
Tratamiento de datos hidrologicos
1. 1
INDICE……………………………………………………………………………………………...1
I.- INTRODUCCIÓN .......................................................................................................2
II.- OBJETIVOS:...................................................................................................................3
III.- MARCO TEORICO ........................................................................................................4
IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS ......................................................................................9
V. CONCLUSIONES ...........................................................................................................45
VII. BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................46
2. 2
I. INTRODUCCION
El especialista que desea desarrollar un estudio hidrológico, debe buscar la información de
la cuenca en estudio, en las instituciones encargadas de su recopilación, pero una vez obtenido
ésta, una de las interrogantes que se debe hacer es: ¿Es confiable la información disponible?
La respuesta a esta pregunta, se obtiene realizando un Análisis de Consistencia de la
información disponible, mediante criterios físicos y métodos estadísticos que permitan identificar,
evaluar y eliminar los posibles errores sistemáticos que han podido ocurrir, sea por causas naturales
u ocasionados por la intervención de la mano del hombre.
La información de datos hidrológicos obtenidos por las estaciones: Chuquicara, La Balsa,
Condorcerro no es siempre confiable por lo que se tiene que hacer una verificación estadística de
los datos que brindan.
Por tal motivo es que desarrollamos el presente trabajo realizando el Análisis de
Consistencia, de las tres estaciones que estudiamos. El objeto por lo tanto de este trabajo es
precisamente verificar la consistencia o confiabilidad de los datos obtenidos por las tres estaciones
mencionadas.
3. 3
II. OBJETIVOS
Verificar si los datos proporcionados son confiables mediante el análisis
de consistencia (consistencia la media, consistencia a la desviación
estándar) y si no son consistentes hacer la corrección correspondiente.
Mediante la prueba estadística “t” student y F comprobar si se acepta o
se rechaza el análisis de consistencia con un 5% de error.
4. 4
III. MARCO TEÓRICO
3.1. TRATAMIENTO DE DATOS.
3.1.1. ANALISIS DE CONSISTENCIA.
Es el proceso que consiste en la detección, descripción remoción de la no homogeneidad o
inconsistencia de los datos recopilados o de la serie de tiempo hidrológico.
El análisis de consistencia de la información hidrológica, se realiza mediante los siguientes
procesos.
Consistencia de la media: Análisis estadístico consiste en probar mediante la prueba t
(prueba de hipótesis), si los valores medios de las submuestras, son estadísticamente iguales o
diferentes con una probabilidad del 95% o con 55% de nivel de significación, de la siguiente
manera. (Villa , 2000, p25)
Cálculo de la media y de la desviación estándar para las submuestras.
(2.1)
(2.2)
Donde:
N = Tamaño de la Población.
5. 5
= Media Aritmética Poblacional.
Xi = Elemento de la Población.
= Desviación Estándar Poblacional.
Cálculo del (tc) calculando según:
(2.3)
(2.4)
(2.5)
3.1.2. METODOLOGÍA DEL ANALISIS DE SALTO:
Análisis visual y gráfico:
Comparar las series de tiempo hidrológico de las estaciones vecinas (identificar periodos
dudosos).
Comparar los datos de precipitación con los datos de descarga.
0
.5
6. 6
Análisis de doble masa
En sistema de coordenadas graficar en el eje de la ordenada los totales anuales acumulados de
cada estación y en el eje de las abscisas el promedio de los acumulados de las estaciones en
estudio.
Se prepara otro gráfico donde se grafica en el eje de la ordenada los acumulados de las
estaciones y en el eje de la abscisa los acumulados de la estación base (estación con el menor
número de quiebres. (Chereque Moran, 2004, p. 94)
Corrección de los datos.
(2.6)
(2.7)
Donde:
La ecuación (2.6), se utiliza cuando se deben corregir los valores de la submuestra de
tamaño n1.
La ecuación (2.7), se utiliza cuando se deben corregir los valores de la submuestra de tamaño
n2.
3.1.3. ANÁLISIS DE TENDENCIA:
El análisis de tendencia se realiza después del análisis de saltos (serie libre de saltos). Se
realiza las tendencias en la media y en la desviación estándar. (Kohler Poulus, 1958, p. 110)
7. 7
3.1.4. TENDENCIA EN LA MEDIA:
El análisis de tendencia se realiza después del análisis de saltos (serie libre de saltos). Se
realiza las tendencias en la media y en la desviación estándar.
Donde:
T = tiempo en años.
Tm = tendencia en la media
3.1.5. COMPLETACIÓN Y EXTENSIÓN DE DATOS:
EXTENSION DE DATOS
Es el proceso de transferencia de datos desde una estación de registro largo, al de registro
corto. Es decir, se extiende los datos de la estación de registro corto.
8. 8
COMPLETACION DE DATOS
Es el proceso por el cual se llenan huecos que existen en un registro de datos. La
completación es un caso particular de la extensión.
Técnicas recomendadas para la completación de datos.
Regresión lineal simple.
Correlación cruzada entre dos o más estaciones. Caso 1 de la figura, sin desfase en el tiempo
(correlación espacial).
Caso 2 es una autocorrelación (correlación temporal)
Caso 3 correlación cruzada con desfase en el tiempo (correlación espacial y temporal).
(2.8)
Donde:
(serie de registro corto)
(serie de registro largo)
a, b = parámetros de la ecuación de regresión lineal simple.
Para mejorar la información al modelo de regresión lineal se le agrega otro componente,
aleatoria y obteniéndose la siguiente ecuación:
(2.9)
Donde:
24. 24
GRAFICO Nº07 CAUDALES MEDIOS MENSUALES vs (AÑO-MES)
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
Jan-53
Jan-54
Jan-55
Jan-56
Jan-57
Jan-58
Jan-59
Jan-60
Jan-61
Jan-62
Jan-63
Jan-64
Jan-65
Jan-66
Jan-67
Jan-68
Jan-69
Jan-70
Jan-71
Jan-72
Jan-73
Jan-74
Jan-75
Jan-76
Jan-77
Jan-78
Jan-79
Jan-80
Jan-81
CAUDAL MEDIO MENSUAL DE LA ESTACIÓN DE
CHUQUICARA (m3/S)
25. 25
ANALISIS ESTADISTICO (SALTO):
a) ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LA MEDIA CON LA PRUEBA “T”
CÁLCULO DE LAS VARIANCIAS DE AMBOS PERÍODOS:
𝑋̅1 =
𝟏
𝑛1
∑ 𝑋𝑖
𝑛1
𝑖=1
, 𝑆1( 𝑥) = √[
1
𝑛1 − 1
]∑( 𝑋𝑖 − 𝑋̅1)2
𝑛1
𝑖=1
𝑋̅2 =
𝟏
𝑛2
∑ 𝑋𝑗
𝑛2
𝑗=1
, 𝑆2( 𝑥) = √[
1
𝑛2 − 1
]∑(𝑋𝑗 − 𝑋̅2)
2
𝑛1
𝑗=1
PROMEDIO NÚMERO DE
ELEMENTOS
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
x1 49.40 n1 110 s1 52.10
ENTONCES HALLAMOS LAMEDIAO PROMEDIO Y SU DESVIACIÓN ESTÁNDAR DE
CADA TRAMO CONSIDERANDO DESDE EL SOBRESALTO
PROMEDIO NÚMERO DE
ELEMENTOS
x1 49.40 n1 110
x2 48.30 n2 238
OBSERVAMOS QUE HAY UN SOBRESALTO EN MARZO DEL AÑO 1962 CON UN CAUDAL
DE 616.60 m3/s
26. 26
x2 48.30 n2 238 s2 68.09
SE ESTABLECE LA HIPÓTESIS:
𝐻 𝑝: μ1 = μ2 ( 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙)
𝐻 𝑎: μ1 ≠ μ2
𝛼 = 0.05
CÁLCULO DE LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR DE LAS DIFERENCIAS DE
PROMEDIOS (Sd) Y LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR PONDERADA (Sp):
S 𝑑 = S 𝑝 × √
1
𝑛1
+
1
𝑛2
S 𝑝 = √
( 𝑛1 − 1) × 𝑆1
2
+ ( 𝑛2 − 1) × 𝑆2
2
𝑛1 + 𝑛2 − 2
Solución:
S 𝑝 = √
(110− 1) × 52.102 + (238 − 1) × 68.092
110 + 238 − 2
= 63.49
S 𝑑 = 63.49 × √
1
110
+
1
238
= 7.32
CÁLCULO DE Tc (T CALCULADO):
28. 28
CONCLUSIÓN:
PROMEDIO NÚMERO DE
ELEMENTOS
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
G.D.L
x1 49.40 n1 110 s1 52.10
346x2 48.30 n2 238 s2 68.09
NOMBRE RESULTADO
Desviación estándar de las diferencias
de promedios
Sd 7.32
Desviación estándar ponderada Sp 63.49
T calculado Tc 0.15
T tabular Tt 1.65
95% de seguridad α 0.05
b) ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR CON LA
PRUEBA “F”
CÁLCULO DE LAS VARIANCIAS DE AMBOS PERÍODOS:
𝑇𝐶 = 0.15 < 𝑇𝑡 = 1.65
ESTADISTICAMENTE LAS MEDIAS SON
IGUALES; POR LO TANTO NO SE CORRIGE.
31. 31
𝑆𝑖: 𝐹𝐶 > 𝐹𝑡 (95%) → 𝑆1( 𝑥) ≠ 𝑆2( 𝑥) 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑒.
CONCLUSIÓN:
NÚMERO DE
ELEMENTOS
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
VARIANZA G.D.L
n1 110 s1 52.10 S2
1 2714.41 N 237
n2 238 s2 68.09 S2
2 4636.25 D 109
NOMBRE RESULTADO
F calculado Fc 1.71
F tabular Ft 1.046
95% de seguridad α 0.05
c) CORRECCIÓN DE DATOS
MODELO PARA CORREGIR EL PRIMER PERÍODO:
𝑋( 𝑡)
´
= [
𝑋𝑡 − 𝑋̅1
𝑆1( 𝑥)
]× 𝑆2( 𝑥) + 𝑋̅2
MODELO PARA CORREGIR EL SEGUNDO PERÍODO:
𝐹𝐶 = 1.71 > 𝐹𝑡 = 1.046
LAS DESVIACIONES ESTÁNDAR SON
DIFERENTES; POR LO TANTO SE CORRIGE
SALTO.
32. 32
𝑋( 𝑡)
´
= [
𝑋𝑡 − 𝑋̅2
𝑆2( 𝑥)
]× 𝑆1( 𝑥) + 𝑋̅1
Solución:
PROMEDIO NÚMERO DE
ELEMENTOS
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
x1 49.40 n1 110 s1 52.10
x2 48.30 n2 238 s2 68.09
𝑋(111)
´
= [
616.60 − 48.30
68.09
]× 52.10 + 49.40 = 484.24
𝑋(112)
´
= [
74.10− 48.30
68.09
]× 52.10 + 49.40 = 69.14
Nº08 CORRECCION DE DATOS
N
SIN CORREGIR CORREGIDO
CAUDAL MEDIO
MENSUAL DE LA
ESTACIÓN DE
CHUQUICARA
(m3/s)
CAUDAL MEDIO
MENSUAL DE LA
ESTACIÓN DE
CHUQUICARA
(m3/s)
1 89.50 89.50
2 153.80 153.80
3 119.40 119.40
4 91.70 91.70
5 19.80 19.80
41. 41
GRAFICO Nº08 CORRECCION DE DATOS
GRAFICO Nº09 DATOS CORREGIDOS DE LA PRECIPITACION ANUAL
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
Jan-53
Mar-54
May-55
Jul-56
Sep-57
Nov-58
Jan-60
Mar-61
May-62
Jul-63
Sep-64
Nov-65
Jan-67
Mar-68
May-69
Jul-70
Sep-71
Nov-72
Jan-74
Mar-75
May-76
Jul-77
Sep-78
Nov-79
Jan-81
42. 42
d) ANÁLISIS VISUAL Y GRAFICO:
Estación LA BALSA:
El valor máximo anual fue de: 770.10 m3/s en el año 1971.
El valor mínimo anual fue de: 288.30 m3/s en el año 1979.
El valor máximo mensual fue de: 395.00 m3/s en el mes de marzo de
1971.
El valor mínimo mensual fue de: 1.20 m3/s en el mes de septiembre
de 1958.
La media mensual entre los meses enero- diciembre es de: 42.03 m3/s.
Estación CHUQUICARA:
El valor máximo anual fue de: 1001.00 m3/s en el año 1962.
El valor mínimo anual fue de: 314.20 m3/s en el año 1968.
El valor máximo mensual fue de: 616.60 m3/s en el mes de marzo de
1962.
y = -0.7179x + 594.53
R² = 0.0015
y = 0.0464x + 591.62
R² = 9E-06
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1953
1954
1955
1956
1957
1958
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
DATOS CORREGIDOS
43. 43
El valor mínimo mensual fue de: 0.90 m3/s en el mes de septiembre
de 1969.
La media mensual entre los meses enero- diciembre es de: 48.65 m/s.
Estación CONDORCERRO:
El valor máximo anual fue de: 1500.80 m3/s en el año 1973.
El valor mínimo anual fue de: 542.50 m3/s en el año 1967.
El valor máximo mensual fue de 308.40 m3/s en el mes de Marzo de
1992.
El valor mínimo mensual fue de: 0.10 m3/s en el mes de Julio de 1978.
La media mensual entre los meses enero- diciembre es de: 86.81 m3/s.
e) ANÁLISIS DE DOBLE MASA:
En la gráfica se tomó como estación base la estación de CONDORCERRO ya
que presenta menos quiebres y a simple vista representa más linealidad que
las demás
f) ANÁLISIS ESTADÍSTICO:
ANALISIS DE SALTOS Y CORRECCION:
En la estación de CHUQUICARA se observó que el sobresalto se dio en el
mes de MARZO del año 1962 con un caudal medio de 616.60 m3/s.
La media para el primer tramo es de 49.40 m3/s y para el segundo tramo es
de 48.30 m3/s.
ANÁLISIS DE INCONSTENCIA DE LA MEDIA CON LA PRUEBA DE T:
44. 44
Se obtuvo que:
T calculado Tc 0.15
T tabular Tt 1.65
𝑇𝐶 = 0.15 < 𝑇𝑡 = 1.65
𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠
ANALISIS DE CONSISTENCIA EN LA DESVIACION ESTANDAR CON LA
PRUEBA DE F:
Se obtuvo que:
F calculado Fc 1.71
F tabular Ft 1.046
𝐹𝐶 = 1.71 > 𝐹𝑡 = 1.046
𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒, 𝑒𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑟
g) TENDENCIA:
En la gráfica de precipitación y años se realizó la regresión lineal en la cual
se obtiene la ecuación lineal y el coeficiente de correlación , la relación entre
el rt y el rces:
rc 0.423
45. 45
rt 1.71
rc < rt
Por lo que r no es significativo, entonces no hay tendencia y no hay necesidad de
corregir
h) CORRECCION DE DATOS:
En la estación de CHUQUICARA se produjeron saltos a partir de marzo de
1962 hasta 1981, en lo que es necesario la corrección.
Se corrigieron datos mes por mes y se realizó la gráfica de caudal corregido
con los años respectivos.
46. 46
V. CONCLUSIONES
Verificamos si los datos proporcionados son confiables mediante el
análisis de consistencia (consistencia la media, consistencia a la
desviación estándar) y realizamos la corrección correspondiente.
Mediante la prueba estadística “t” student y F comprobamos si se acepta
o se rechaza el análisis de consistencia con un 5% de error.
47. 47
BIBLIOGRAFIA
Chereque Moran, W. (2004). HIDROLOGIA. LIMA: CONCYTEC.
Kohler Poulus, L. (1958). HIDROLOGIA para ingenieros. mexico: McGraw-hill
Latinoamericana S. A.
Villa , H. (2000). Analisis de consistencia. chile: Irrigation systems desing .S.A.