FRECUENCIA E INTENSIDAD DE LA LLUVIA

CAPÍTULO 28

FRECUENCIA E INTENSIDAD DE LA LLUVIA

28.1 Frecuencia de la lluvia

La frecuencia de la lluvia, de diversas magnitudes, es importante en la aplicación de modelos matemáticos para sintetizar datos hidrológicos, determinar la capacidad re-querida en pequeñas estructuras de control de agua y en otras aplicaciones. Las esti-maciones del escurrimiento para el diseño en pequeñas áreas, generalmente se basan en relaciones lluvia-escurrimiento y datos sobre lluvia-frecuencia debido a las espar-cidas mediciones de escurrimientos y a las limitaciones en la transposición de dichos datos entre cuencas de pequeña superficie. Las estimaciones generalizadas de fre-cuencias de lluvias para una duración de hasta diez días y períodos de retorno de 100 años están disponibles para Estados Unidos en la colección de estudios técnicos del U.S. Weather Bureau y el Atlas de la NOAA, y para Australia en la Australian Rainfall and Runoff: A Guide to Flow Estimation [1], entre otras.

El capítulo 27 contiene consideraciones básicas del análisis de frecuencias, mientras que este capítulo aborda aplicaciones especiales para el análisis de la llu-via. La selección de los tipos de distribución para extremos de precipitación se anali-za en la publicación de la OMM titulada Selection of Distribution Types for Extremes of Precipitation [2].

28.1.1 Lluvia puntual

Para las pequeñas cuencas, la lluvia puntual es una estimación adecuada de la lluvia de la cuenca; para superficies más grandes, se debe tener en cuenta la relación entre la cantidad de lluvia y el área de la cuenca (sección 28.1.2). Los métodos estadísti-cos que aquí se describen se aplican a tormentas o a otras lluvias de corta duración. Métodos similares se usan para valores extremos de crecidas, volúmenes de crecida, caudales de estiaje, sequías y otros fenómenos extremos.

28.1.1.1 Ajuste de datos para intervalos de tiempo de observación fijos

Los datos de lluvia se publican usualmente para intervalos de tiempo fijos, por ejem-plo 0800-0800 (diario), 0600-1200 (seis horas), 0300-0400 (horario). Dichos datos rara vez restituyen las cantidades máximas reales para las duraciones indicadas. Por ejemplo es muy probable que la cantidad diaria máxima anual observada sea

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apreciablemente menor que la cantidad máxima anual determinada con intervalos de 1 440 minutos consecutivos, sin restricción de ningún tiempo en particular. De ma-nera similar, los valores máximos obtenidos con intervalos fijos de seis horas y una hora, tienden a ser menores que los valores máximos obtenidos con intervalos de 360 y 60 minutos consecutivos, respectivamente, sin restricciones de tiempo para el comienzo y el fin de las observaciones.

Los estudios de miles de años-estaciones de datos pluviométricos indican que al multiplicar las cantidades máximas anuales de lluvia diaria u horaria, para un solo intervalo fijo de observación de una a 24 horas por el factor 1,13, se producirán valo-res que se aproximan mucho a los que se obtendrían de un análisis de los máximos reales. Se requieren ajustes menores cuando las cantidades máximas observadas se determinan a partir de dos o más intervalos de observación fijos. Así, por ejemplo, las cantidades máximas de seis y 24 horas, determinadas mediante seis y 24 incre-mentos horarios fijos, requieren un ajuste con factores de solamente 1,02 y 1,01, respectivamente. El ajuste de los valores de lluvia a intervalos fijos de acuerdo con el número de unidades de observación dentro del intervalo se puede hacer de la si-guiente manera:

Número de unidades de observación: 1 2 3-4 5-8 9-24 >24

Factor de ajuste: 1,13 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00

28.1.1.2 Estimación indirecta de datos de frecuencia de lluvia puntual

En ausencia de datos de lluvia de corta duración en un emplazamiento o en sus proximidades para interpolarla, es posible calcular el régimen de lluvia a partir de cualquier dato indirecto [3, 4]. Esos datos incluyen la lluvia media anual y el número promedio anual de días con lluvia, los cuales se pueden obtener de mapas o pueden ser estimados. Para Estados Unidos, la relación promedio entre la lluvia por día con lluvia (lluvia media anual dividida entre el número de días de lluvia en base a un milímetro) y la lluvia en 24 horas con período de retorno de dos años, es:

Lluvia, por día con lluvia, en milímetros: 5 8 10 13

Lluvia, por 24 horas con período

de retorno de dos años, en milímetros: 36 56 79 107

La relación que figura más arriba es únicamente para fines de ilustración. Debido a la variación regional en dicha relación, su aplicación debe basarse en la semejanza climática entre la región para la que se ha establecido y la región en la que se utilizará.

Para duraciones inferiores a 24 horas conviene estimar los valores de la frecuen-cia de lluvia en una hora a partir de los valores de 24 horas y así interpolar las dura-ciones intermedias y extrapolar las duraciones inferiores a una hora. La lluvia de una hora con período de retorno de dos años está relacionada con la lluvia en 24 horas

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con período de retorno de dos años, de acuerdo con el número promedio anual de días con tormentas. Estudios que han incluido una amplia gama de climas indican la siguiente relación:

Relación entre la lluvia de una hora en dos años 0,2 0,3 0,4 0,5

y la lluvia de 24 horas en dos años

Número promedio anual de días con tormenta 1 8 16 24

Los valores de la relación frecuencia-lluvia para duraciones inferiores a una hora, a menudo se obtienen por estimación indirecta. Los datos de lluvia para esas duraciones cortas rara vez se encuentran disponibles fácilmente en forma conve-niente para la compilación de series anuales o de duración parcial a fin de realizar un análisis de frecuencia directo. Las relaciones promedio entre cantidades de llu-via en cinco, 10, 15 y 30 minutos y la cantidad de lluvia en una hora, calculadas a partir de cientos de registros de años-estación, frecuentemente se usan para calcular la frecuencia de datos de lluvia para estas duraciones cortas. Estas relaciones, que tienen un error promedio inferior al 10 por ciento, son:

Duración (minutos) 5 10 15 30

Relación (n-minutos entre 60 minutos) 0,29 0,45 0,57 0,79

Así, por ejemplo, si la lluvia en una hora para un período de retorno de 10 años es de 70 mm, la lluvia en 15 minutos para el mismo período de retorno es de un 57 por

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