2. Análisis del proceso hidrológico
El proceso hidrológico es un ciclo
continuo en el que el agua se mueve entre
la atmósfera, la superficie terrestre y el
subsuelo. Este proceso es fundamental
para la vida en la Tierra y tiene varios
componentes principales que incluyen la
precipitación, la escorrentía, la
evaporación, la transpiración y la
infiltración.
3. Componentes del proceso hidrológico
Precipitación: La precipitación es el proceso
por el cual el agua en forma de lluvia, nieve,
granizo, o cualquier otra forma de agua, cae
desde la atmósfera a la superficie terrestre. La
cantidad y la distribución de la precipitación
varían según la ubicación geográfica y las
condiciones climáticas locales. La precipitación
es crucial para reponer los recursos hídricos en
la Tierra y mantener el ciclo hidrológico en
funcionamiento.
4. Escorrentía: La escorrentía es el flujo de agua
sobre la superficie terrestre que no se infiltra en
en el suelo. Puede ocurrir como escorrentía
superficial (flujos de agua sobre la superficie) o
o como escorrentía subsuperficial (flujos de
agua a través de la capa superior del suelo). La
cantidad de escorrentía está influenciada por
varios factores, incluyendo la intensidad de la
precipitación, la topografía del terreno, la
vegetación y la permeabilidad del suelo.
5. Evaporación: La evaporación es el proceso
mediante el cual el agua líquida se convierte en
en vapor de agua y se libera a la atmósfera. Este
Este proceso es impulsado por la energía solar y
y ocurre principalmente en cuerpos de agua,
superficies del suelo húmedas y en la vegetación
vegetación a través de la transpiración de las
plantas. La tasa de evaporación está
influenciada por factores como la temperatura,
la humedad relativa del aire, la velocidad del
viento y la disponibilidad de agua en la
6. Transpiración: La transpiración es el
proceso por el cual las plantas liberan
vapor de agua a la atmósfera a través de sus
sus hojas y tallos. Este proceso es esencial
para el transporte de nutrientes en las
plantas y ayuda a regular la temperatura de
de las hojas. La transpiración está
influenciada por factores como la
disponibilidad de agua en el suelo, la
temperatura, la humedad relativa del aire y
7. Infiltración: La infiltración es el proceso por el
cual el agua penetra en el suelo desde la
superficie. Esta agua puede moverse
verticalmente hacia abajo a través del suelo y
recargar los acuíferos subterráneos, o puede
moverse lateralmente como flujo subsuperficial
subsuperficial y contribuir a la escorrentía. La
tasa de infiltración está influenciada por la
textura del suelo, la estructura del suelo, la
cobertura vegetal y la intensidad de la
precipitación.
8. Análisis de frecuencia
Los sistemas hidrológicos son afectados algunas
veces por eventos extremos (sequías, crecientes,
tormentas, etc). La magnitud de cualquiera de
estos eventos extremos está relacionada con su
frecuencia: eventos más extremos ocurren con
menos frecuencia que los eventos moderados.
El objetivo del análisis de frecuencia es
relacionar la magnitud de los eventos extremos
con su frecuencia de ocurrencia, utilizando
Introducción
9. Una suposición muy importante en el análisis de
frecuencia es que los datos de la información
hidrológica son independientes e idénticamente
distribuidos (iid).Se debe seleccionar la
información hidrológica cuidadosamente, de tal
forma que se cumplan los supuestos de
independencia e idéntica distribución. En la
práctica, se suele seleccionar el valor máximo (o
mínimo) anual de la variable analizada (caudales,
precipitación, temperatura, etc),con la esperanza
que observaciones de la variable en años
consecutivos cumplan con las condiciones de
independencia e idéntica distribución.
10. Periodo de retorno
En muchas aplicaciones de ingeniería, la
probabilidad de ocurrencia de un evento
hidrológico extremo (e.g. la precipitación máxima
en 24 horas, los caudales máximos anuales, la
temperatura máxima anual, etc) es de importancia.
Si se obtienen los valores anuales de estos eventos
extremos, se construyen entonces series anuales
(de máximos o mínimos) para el análisis de
frecuencias. Se construyen las series de extremos de
forma anual para garantizar que cada dato es
independiente e igualmente distribuido (id) que
los demás datos de la serie.
11. La probabilidad de ocurrencia de un
evento (que es una variable aleatoria
como la precipitación) de magnitud igual
o mayor que X se denota por P.
𝑃 𝑋 ≥ 𝑥 = 𝑃
El intervalo de recurrencia (también
conocido como periodo de retorno) se
define como:
𝐴 =
1
𝑃
12. El análisis de frecuencia en hidrología es un
método que permite estimar la probabilidad
de ocurrencia de eventos hidrológicos
extremos, como precipitaciones o crecidas, a
partir de registros históricos. Se basa en
ajustar una distribución de probabilidad a los
datos observados y calcular los valores
esperados para diferentes periodos de retorno.
Algunas de las distribuciones más usadas en
hidrología son la exponencial, la gamma, la
Gumbel y la log-normal.
13. Para realizar el análisis de frecuencia
en hidrología se requiere contar con
una serie de datos homogénea y
suficientemente larga, que
represente las características de la
región de estudio. Además, se debe
verificar la bondad de ajuste de la
distribución elegida y evaluar la
incertidumbre asociada a las
14. El análisis de frecuencia en
hidrología tiene diversas
aplicaciones, como el diseño de obras
hidráulicas, la gestión de recursos
hídricos, la planificación de medidas
de mitigación de riesgos y la
evaluación de los efectos del cambio
climático.
15. La ley de probabilidad para eventos
extremos en hidrología es una rama de la
teoría de valores extremos que se aplica
al estudio de fenómenos hidrológicos
como precipitaciones, caudales o niveles
de agua que superan ciertos umbrales
críticos. Estos eventos pueden causar
inundaciones, sequías, erosión o daños
en infraestructuras, por lo que es
importante estimar su probabilidad de
16. Existen diferentes métodos paramétricos para
ajustar una ley de probabilidad a los datos de
eventos extremos en hidrología, dependiendo
de si se usan series de máximos anuales, series
de excedencias o series mixtas. Algunas de las
leyes más comunes son la de Gumbel, la de
Fréchet, la de Weibull, la de Pareto y la de
Poisson. Para elegir la ley de probabilidad más
adecuada para cada caso, se deben considerar
aspectos como la calidad y la cantidad de los
datos disponibles, la homogeneidad y la
estacionariedad.
17. Los eventos extremos son sucesos cuya probabilidad de
ocurrencia es muy pequeña por lo que se sitúan en las colas de
las distribuciones de probabilidad. Sin embargo, están
asociados a situaciones que causan un gran impacto ya sea
económico, medioambiental o social, que generalmente es
negativo, como es el caso de crisis financieras, catástrofes
naturales ó ataques cardiacos. A pesar de que la probabilidad
de un evento extremo decrece con su magnitud, la predicción
de este tipo de sucesos en la actualidad suponen un desafío, ya
que es necesario establecer precursores para determinados
eventos, mientras que para aquellos que involucren escalas de
tiempo mayores, es interesante ver cómo se ven afectados por
los factores externos, como por ejemplo los terremotos o las
inundaciones con el cambio climático. Por tanto, el estudio de
los extremos resulta imprescindible en muchas áreas de
trabajo, especialmente en las geociencias y en ingeniería, para
poder estimar sus tiempos de retorno y así, tratar de minimizar
