Riesgo hidrología

ANALISIS DE FRECUENCIA:

El análisis de frecuencia es ampliamente usado en el estudio de eventos hidrológicos tales como crecidas, tormentas y sequías. Estos se caracterizan por varias propiedades, como por ejemplo la duración, volumen y peak, por lo tanto se requieren análisis de frecuencia multivariados para representar mejor estos eventos, considerando la dependencia que existe entre dichas propiedades. Las cópulas son una herramienta nueva en el campo de la hidrología que permite construir fácilmente distribuciones multivariadas a partir de distribuciones marginales. El objetivo principal de este trabajo es dar a conocer las cópulas como una herramienta versátil en el análisis de frecuencia de eventos hidrológicos multivariados, presentando las principales características de las cópulas y sus usos en el campo de la hidrología.

El objetivo del análisis de frecuencia en hidrología es relacionar la magnitud de eventos extremos frecuencia de ocurrencia mediante el uso de distribuciones de probabilidad..

PERIODO DE RETORNO Y RIESGO:

En hidrología es frecuente considerar zona inundable a aquella que es cubierta por las aguas en tormentas de hasta quinientos años de periodo de retorno. Esto significa que la cantidad de lluvia caída en un sólo día para ese periodo de retorno solamente se iguala o supera, estadísticamente, una vez en el período de 500 años. En términos numéricos se expresa que la probabilidad de que se presente unaprecipitación superior en un determinado año es p = 1/500 = 0.002 = 0.2%; o bien, la probabilidad de que no se presente es la complementaria, 1 - p = 0.998 = 99,8%. Sin embargo eso no implica que no puedan producirse dos tormentas de tal o superior intensidad en dos años consecutivos, o incluso en un mismo año.

El período de retorno, generalmente expresado en años, puede ser entendido como el número de años en que se espera que mediamente se repita un cierto caudal, o un caudal mayor. Así podemos decir que el período de retorno de un caudal de 100 m3/s, para una sección

específica de un río determinado, es de 20 años, si, caudales iguales o mayores de 100 m3/s se producen, en media a cada 20 años.

Por otro lado, si un evento tiene un periodo de retorno real de tp años, el número medio de eventos que se puede presentar en un en un año determinado es:

Más aún la probabilidad de superar k veces un caudal determinado período T viene dada por una distribución de Poisson:

El período de retorno para lo cual se debe dimensionar una obra varía en función de la importancia de la obra (interés económico, socio-económico, estratégico, turístico), de la existencia de otras vías alternativas capaces de remplazarla y de los daños que implicaría su ruptura: pérdida de vidas humanas, costo y duración de la reconstrucción, costo del no funcionamiento de la obra, etc.

En muchos lugares, se podría por ejemplo proponer la construcción de badenes en vez de un puente, derivando los esfuerzos financieros hacia otras zonas, donde se estima necesaria mayor seguridad.

Al contrario, se tiene a veces la posibilidad de sobredimensionar un puente sin mayor costo adicional (por ejemplo en el caso de un valle estrecho, se puede, sin mayor costo sobreelevar el puente), permitiendo así prevenir huaicos y aluviones cuya descarga pico es imprevisible.

La idea es de evitar el superdimensionamiento de toda la obra, concentrando los esfuerzos en algunas partes definidas como vitales o esenciales, y adoptar disposiciones constructivas permitiendo minimizar los daños en caso de eventos excepcionales.

Períodos de retorno generalmente aceptados:

 Obras hidráulicas para canalización de aguas de lluvia en ciudades de mediano porte o grandes: de 20 a 50 años;

 Obras hidráulicas para canalización de aguas de lluvia en ciudades de pequeño porte: de 5 a 10 años;

 Puentes importantes: 100 años;

 Vertederos para presas con poblaciones aguas abajo 1.000 a 10.000 años. Evidentemente en estos casos se trata de estimaciones basadas en procedimientos estadísticos. En algunos casos para obras hidráulicas cuya ruptura significaría un riesgo muy elevado de pérdidas de vidas humanas, estos valores son corroborados también con el método de la "Precipitación Máxima Probable".

En regiones semiáridas es común observar varios meses consecutivos con escasez de precipitaciones y de caudales, lo que afecta de manera importante las actividades agrícolas de secano y pastoreo, la agricultura de riego, los abastecimientos de agua de las ciudades, la operación de centrales hidroeléctricas y las condiciones ambientales de los cauces. Para caracterizar hidrológicamente este tipo de fenómenos es importante poder estimar el periodo de retorno y los riesgos asociados con su ocurrencia. Sin embargo, por tratarse de eventos relativamente complejos, definidos como una sucesión de meses seguidos en que se presenta la escasez, en series periódicas, que pueden ser estadísticamente independientes como ocurre habitualmente con las lluvias, o dependientes, como es el caso de la mayoría de las series de caudales, la estimación del periodo de retorno no es sencilla. En este artículo se presenta un procedimiento numérico para calcular estas propiedades en el caso de situaciones periódicas como las descritas, basado en un algoritmo desarrollado para situaciones estacionarias de similares características. Estos algoritmos se aplican para determinar el periodo de retorno de sequías meteorológicas, consistentes en varios meses seguidos con lluvias despreciables en diversas localidades de las zonas semiáridas de Norte y Sudamérica. También se muestran ejemplos de sequías hidrológicas, provocadas por varios meses consecutivos con caudales insuficientes para operar a plena capacidad centrales hidroeléctricas de pasada (se considera el caso de algunas obras de este tipo en la zona central de Chile).

En hidrología, los períodos de retorno varían típicamente de 10 a 100 años, y en lugares donde la Precipitación Máxima Probable no ha sido definida, hasta 10,000 años. La selección de período de retorno depende de varios factores, entre los cuales se incluyen el tamaño de la cuenca, la importancia de la estructura, y el grado de seguridad deseado.

El período de retorno más corto (bajo) en drenaje urbano es de 5 a 10 años. Estos valores están usualmente asociados con áreas de drenaje menores a 100 ha. Para estas áreas, se puede utilizar el método racional para obtener la descarga pico. En ciertos casos, particularmente para áreas que exceden las 100 ha, se pueden usar períodos de retorno más largos.

En la hidrología de cuencas pequeñas, la descarga pico está relacionada

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