Comportamiento de la precipitación, en monto e intensidad, en distintas escalas temporales, Región del Maule, Chile.

Dra. CLAUDIA SANGÜESA POOL

Santiago, 27 de junio de 2019

Cuarta Jornada Técnica 2019 ALHSUD"Hidrología y recarga de acuíferos"

Centro Tecnológico de Hidrología Ambiental – Universidad de Talca

Temario

1. Antecedentes generales2. Objetivos3. Metodología4. Capítulos:

I. Análisis de eventos de precipitación en la estación Potrero Grande, periodo 1982 – 2009

II. Comportamiento espacial y temporal de las intensidades máximas de precipitación para duraciones desde 15 minutos a 24 horas.

III. Comportamiento espacial y temporal de concentración de lluvias: Índice de Gini y de Concentración de Precipitaciones.

5. Conclusiones

La precipitación:

• Es el principal aporte hídrico de una cuenca

• Presenta una alta variabilidad geográfica en el país

• Presenta una alta variabilidad en el tiempo

• Es la responsable de desastres naturales: sequía e inundaciones

1. Antecedentes generales

• La mayoría de los estudios realizados del clima y la precipitación se basan en valores diarios de lluvia.

• Surge la pregunta: cómo se comporta la precipitación a nivel sub-diario e incluso subhorario?

1. Antecedentes generales

Objetivo GeneralCaracterizar el comportamiento espacial y temporal de los eventos extremos de precipitación definidos por las intensidades sub-diarias.

Objetivos Específicos

• Caracterizar el comportamiento espacial y temporal de las intensidades máximas sub-diarias de precipitación para duraciones desde los 15 minutos a 24 horas en la Región del Maule, Chile.

• Caracterizar los eventos de precipitación ocurridos en una estación de la R. del Maule y determinar su comportamiento temporal.

2. Objetivos

Se analizó el comportamiento de la precipitación en diferentes niveles de agregación temporal:

3. Metodología

Imáx 15min a 24h1974 – 2009 R. del Maule

Índice de Gini e ICP 1970 – 2016Coquimbo a AraucaníaPp diaria y mensual

Eventos de Pp1982 - 2009Potrero Grande

Bandas pluviográficasDGA y DMC

Base de datos de la DGABandas pluviográficasDGA

Obtención de información de la bandas pluviográficas

3. Metodología

Software procesador de bandas pluviográficas

I. Análisis de eventos de precipitación en la estación Potrero Grande, periodo 1982 – 2009

1.1. Marco geográfico

Se definieron los eventos con los siguientes criterios:• Mínimo tiempo sin lluvia de 24 h• Precipitación acumulada mayor a 5 mm,• Precipitación de a lo menos 1 mm en 30 minutos

• Int. máximas para duraciones de 15, 30 y 45 min, y 1, 2, 4, 6,12 y 24 h

• Eventos extremos

1.2. Metodología

I. Análisis de eventos de precipitación

• N° eventos/año• Duración del evento• Pp de cada evento• Intensidad media del evento

• Análisis estadístico descriptivo• Análisis de tendencia Mann-Kendall

1.2. Metodología

I. Análisis de eventos de precipitación

Fecha Estación hora

inicio

Duración

(h)

pp

total15' 30' 45' 1h 2h 4h 6h 12h 24h

pp/dur

acion

17-08-02 I 5:25 23,0 12,7 0,9 1,8 2,6 3,4 6,3 9,0 9,1 9,1 14,0 0,6

23-08-02 I 13:40 31,5 26,5 3,9 5,1 6,4 7,6 10,3 10,5 16,3 21,0 21,0 0,8

22-07-02 I 12:00 32,4 27,3 2,1 4,2 6,2 7,3 9,4 9,7 9,8 18,1 19,3 0,8

05-08-02 I 10:05 71,6 63,7 4,0 5,9 7,7 9,6 10,3 13,4 17,4 20,1 30,4 0,9

26-06-02 I 20:40 12,6 14,2 1,5 3,0 3,9 4,5 6,6 8,0 9,1 13,6 15,8 1,1

02-11-02 P 9:30 9,0 10,2 4,5 5,2 5,9 6,3 7,2 7,2 8,8 15,4 17,9 1,1

28-03-02 O 19:30 23,6 30,0 3,4 4,4 5,8 6,5 8,0 11,5 14,4 21,0 31,2 1,3

10-09-02 P 3:05 14,8 21,7 3,1 5,0 5,1 5,5 9,0 11,0 11,6 15,2 22,8 1,5

31-05-02 O 13:35 160,6 237,9 9,8 10,1 10,6 18,1 25,2 35,4 42,2 54,0 77,3 1,5

28-08-02 I 16:55 5,3 8,3 1,5 2,6 3,2 3,8 4,6 5,8 9,6 10,7 19,3 1,6

06-04-02 O 3:10 10,2 16,3 2,2 2,6 2,9 3,6 5,2 7,7 11,3 17,6 18,4 1,6

26-07-02 I 10:35 3,4 5,7 0,8 1,3 1,9 2,5 4,4 6,8 7,9 8,0 8,0 1,7

25-05-02 O 3:05 57,9 153,0 7,0 10,0 13,9 15,6 25,7 43,0 56,5 83,4 94,0 2,6

29-07-02 I 4:05 2,1 5,8 1,2 2,3 2,9 3,3 6,3 7,7 8,9 9,1 9,1 2,8

27-08-02 I 8:00 2,9 8,5 2,0 3,0 4,2 4,9 6,8 9,8 9,8 9,8 9,8 2,9

04-09-02 P 14:10 7,4 24,8 2,4 4,2 5,9 7,6 12,9 21,3 22,3 26,3 28,6 3,3

Ejemplo de eventos definidos para Potrero Grande

1.3. ResultadosI. Análisis de eventos de precipitación

N° EventosInvierno 273 51%Otoño 140 26%

Primavera 111 21%Verano 15 3%

Total 539 100%

I. Análisis de eventos de precipitación

1.3. Resultados

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

01-19

82

01-19

83

01-19

84

12-19

84

12-19

85

12-19

86

12-19

87

12-19

88

12-19

89

12-19

90

12-19

91

12-19

92

12-19

93

12-19

94

12-19

95

12-19

96

12-19

97

12-19

98

12-19

99

12-2

00

0

12-2

00

1

12-2

00

2

12-2

00

3

12-2

00

4

12-2

00

5

12-2

00

6

12-2

00

7

12-2

00

8

12-2

00

9

HoraDuración de cada evento

I. Análisis de eventos de precipitación

1.3. Resultados

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

01-19

82

01-19

83

01-19

84

12-19

84

12-19

85

12-19

86

12-19

87

12-19

88

12-19

89

12-19

90

12-19

91

12-19

92

12-19

93

12-19

94

12-19

95

12-19

96

12-19

97

12-19

98

12-19

99

12-2

00

0

12-2

00

1

12-2

00

2

12-2

00

3

12-2

00

4

12-2

00

5

12-2

00

6

12-2

00

7

12-2

00

8

12-2

00

9

mm/h

pp/duración de cada evento

I. Análisis de eventos de precipitación

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

0

1

2

3

4

5

6

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

mm

/hIntensidad promedio eventos

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

3 5 18 42 79 90 90 94 53 44 14 7

N° eventos

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual N°+ N° -

N° eventos - + + - - + + - + + - - 6 5

Pp total evento + - + - - - + - - - - - 3 8

Durac. evento + - + + + - + + - - - + 6 5

Int /evento + + - - - + + - - + + - 6 5

Int 15 min - + - + + - + + - + + + 7 4

Int 30 min - + - - + - - + - + - + 4 7

Int 45 min + + - - + - - + - + - + 5 6

Int 1 h + + - - + - - + - + - - 5 6

Int 2 h + + - - + - + + - - - - 5 6

Int 4 h + - - - + - - + - - - - 3 8

Int 6 h + - - + + - + + - - - - 5 6

Int 12 h + - - - - - - + - - - - 2 9

Int 24 h + - + - - - + + - - - - 4 7

N° + 10 7 4 3 8 2 8 10 1 6 2 4

N° - 3 6 9 10 5 11 5 3 12 7 11 9

Tendencias mensuales Mann-Kendall

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

Tendencias mensuales Mann-Kendall

0

2

4

6

8

10Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Anual

0

2

4

6

8

10Int /evento

Int 15 min

Int 30 min

Int 45 min

Int 1 h

Int 2 h

Int 4 h

Int 6 h

Int 12 h

Int 24 h

Tedencia positiva

Tendencia negativa

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

Tendencias estacionales Mann-Kendall

Otoño Invierno Primavera Verano N°+ N° -

Durac. evento - - - - 0 4

Pp total evento - - + + 2 2

Int 15 min + + + + 4 0

Int 30 min + + + + 4 0

Int 45 min + + + + 4 0

Int 1 h + + + + 4 0

Int 2 h + + + + 4 0

Int 4 h + + + + 4 0

Int 6 h + + + + 4 0

Int 12 h + + + + 4 0

Int 24 h + + + + 4 0

Int /evento + + + + 4 0

N° + 10 10 11 11

N° - 2 2 1 1

1.3. Resultados

I. Análisis de eventos de precipitación

Tendencias estacionales Mann-Kendall para eventos extremos

Otoño Invierno Primavera Anual N°+ N° -

Duración evento - + - - 1 3

Pp total evento + + - - 2 2

Int 15 min + + - + 3 1

Int 30 min + + - + 3 1

Int 45 min + + + + 4 0

Int 1 h + + - + 3 1

Int 2 h - - - - 0 4

Int 4 h - + - - 1 3

Int 6 h - + - - 1 3

Int 12 h - + - - 1 3

Int 24 h + + - - 2 2

Int /evento + - + + 3 1

N°+ 7 10 2 5

N° - 5 2 10 7

1.3. Resultados

1.4. ConclusionesI. Análisis de eventos de precipitación

En el periodo 1982 – 2009 se registraron 539 eventos, con un promedio anual de 19 eventos/año. Estos eventos muestran una mayor ocurrencia en los meses invernales, concentrando en 5 meses el 75% de ellos.

Febrero es el mes que presenta una mayor intensidad media de los eventos; así como también presenta los valores más altos de intensidad máxima para 15, 30, 45 min, y 1, 2, 4 y 6 horas.

En términos anuales se verifica una disminución en el número de eventos por año y una disminución en el monto de lluvia caído por evento en el periodo estudiado.

Se observa un cambio en la estructuración intra anual de la precipitación, ya que algunos meses (febrero, marzo, junio y septiembre) presentan un aumento de las intensidades de lluvia mientras que en los demás meses han disminuido.

Por estaciones del año se observan que las lluvias están aumentando su intensidad para toda las duraciones.

Finalmente, al considerar los eventos extremos (percentil 90), se observa un aumento en las intensidades para otoño e invierno, mientras que en primavera las intensidades están disminuyendo.

1.4. ConclusionesI. Análisis de eventos de precipitación

1: Pencahue2: Talca 3: Curicó 4: Melozal5: San Javier 6: Parral7: El Lirio (Colbún) 8: Potrero Grande 9: Los Queñes10: Desagüe Laguna Invernada11: Colorado

12: San Manuel en Perquilauq.13: Casa Maquinista 14: Ancoa Embalse15: Digua Embalse 16: Bullileo Embalse,17: Melado en la Lancha 18: Armerillo

II. Comportamiento espacial y temporal de las intensidades máximas de precipitación para duraciones desde 15 minutos a 24 horas.

2.1. Marco geográfico

• Se obtuvieron las Intensidades máximas anuales para duraciones de 15, 30, 45 min, 1, ,2, 4, 6, 12 Y 24h

• A partir de las bandas pluviográficas de estaciones de la DGA y de la DMC

• 11 estaciones pluviográficas de la R. del Maule• Para el periodo 1974 – 2009

• Análisis estadístico descriptivo• Análisis de tendencia Mann-Kendall

2.2. Metodología

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h

2.3. ResultadosII. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h

Intensidad máxima anual de precipitación para distintas duraciones en valores medios y desviación estándar respectiva, entre los años 1974 – 2009.

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h2.3. ResultadosGráficos boxplot para de la intensidad máxima anual media para distintas duraciones de las estaciones ordenadas por precipitación anual de menor a mayor

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h2.3. Resultados

Mapa de tendencia (Mann Kendall) de intensidades máximas de precipitación para distintas duraciones

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h2.3. Resultados

Valor porcentual de las tendencias para todas las series analizadas

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h2.3 Resultados

Frecuencia de ocurrencia de las intensidades máximas anuales de todas las estaciones analizadas para distintas duraciones

II. Comportamiento de Imax 15 min a 24 h2.4. Conclusiones

Las intensidades máximas de precipitación

presentan mayores valores en estaciones ubicadas en la

precordillera andina y aledañas a cuerpos de agua.

En estaciones ubicadas en el valle central presentan

un comportamiento similar para todas las duraciones,

con mayor énfasis para duraciones sobre 4horas.

Existe una tendencia mayoritaria a la disminución de

las intensidades máximas anuales, especialmente para

duraciones mayores a 4 horas.

III. Comportamiento espacial y temporal de concentración de lluvias: Índice de Gini y de Concentración de pp. 3.1. Marco geográfico

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias

3.2. Metodología

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias

3.2. Metodología

Representación gráfica del coeficiente de Gini.

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias

3.2. Metodología

𝐼𝐶𝑃𝑗 = 100 𝑖=112 𝑃𝑖𝑗

2

𝑃𝑗2

Donde:

𝐼𝐶𝑃𝑗= Índice de concentración de precipitaciones, para el año

j, expresado en porcentaje

𝑃𝑖𝑗= Precipitación del mes i en el año j

𝑃𝑗= Precipitación anual en el año j

El Índice de Concentración de Precipitaciones está dado por la siguiente expresión:

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.3. Resultados

Valor promedio de los coeficientes de Gini y de ICP para el periodo estudiado (1970-2016) en la zona árida-semiárida y húmeda-subhúmeda

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.3. Resultados

Valores de a) PCI para 2 estaciones de la zona Árida-Semiárida y 2 de la zona Húmeda-Subhúmeda; b) GINI para 2 estaciones de la zona Árida-Semiárida y 2 de la zona Húmeda-Subhúmeda.

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.3. ResultadosRelación de la media del coeficiente de Gini e ICP respecto a las precipitaciones medias anuales para cada zona de estudio en el periodo 1970-2016.

Color rojo : zona árida-semiárida Color negro: zona húmeda-subhúmeda

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.3. Resultados

Tendencias de los coeficientes de Gini y de ICP según Mann-Kendall

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.3. Resultados

Valor porcentual de las tendencias para Tendencias de los coeficientes de Gini y de ICP según Mann-Kendall

III. Comportamiento de la Concentración de lluvias3.4 Conclusiones

• Los mayores valores de concentración de lluvia seencuentran en la zona árida-semiárida y vandisminuyendo hacia la zona húmeda-subhúmeda, paraambos índices.

• El Índice de Gini y el ICP presentan correlación positivaentre ellos, tanto para las zonas árida-semiárida comopara húmeda-subhúmeda.

• Se observa una tendencia al aumento para el Índice deGini, tanto para la zona árida-semiárida (59% de lasestaciones y la zona húmeda-subhúmeda 91% de lasestaciones).

• Para el ICP, el número de estaciones con tendenciaspositivas y negativas son similares.

Se realizaron análisis de registros de precipitación con diferentes escalas temporales.

Las intensidades máximas de precipitación, ya sea como valor máximo anual o del evento o para distintas duraciones ocurren en cualquier época el año.

El Índice de Gini muestra una tendencia positiva especialmente en la zona húmeda-subhúmeda

El Índice de Concentración de Precipitación, que refleja la concentración de la lluvia a nivel mensual, no se aprecia una tendencia clara para el periodo estudiado.

4. Conclusiones finales

En la Región del Maule se observa • un aumento de la concentración diaria de la lluvia

(1970-2016 )• una disminución en la concentración mensual de la

lluvia (1970-2016 ), • una disminución de las intensidades máximas anuales

para duraciones de 4, 6, 12 y 24 horas (1974 – 2009). • Para intensidades intensidades máximas anuales 15,

30, 45 min y 1 y 2 h no existe tendencia clara.

4. Conclusiones finales

Gracias por su atención !!

1 El agua de mares, ríos

y lagos se evapora

2 Luego se condensa y

se crean las nubes3

Éstas precipitan en

forma de lluvia o nieve4

En las altas cumbres

se forma nieve

Con el calor hay

deshielos y el

agua escurre por

quebradas hacia

ríos y esteros 6 Una parte se

acumula en lagos

o embalses

7

Un porcentaje se infiltra

en la tierra formando

napas subterraneas8

El resto, finalmente,

termina en el mar

EL CICLO HIDROLÓGICO

Escorrentía

0,85*P*0,8 = 68%

Pérdida x intercepción: 15%

llega al suelo 85%

De lo que llega al suelo, infiltra 20%

Infiltración = 0,85*0,2*P = 17%

De lo que infiltra, la mitad recarga

Recarga = 0,17*P*0,5 = 8,5%

Debido a que en el suelo hay

materia orgánica que dificulta

que el agua se desplace

rápidamente pendiente abajo.

EFECTO EN RECARGA DE ACUÍFEROS

EFECTO EN RECARGA DE ACUÍFEROS

Acuífero

Percolación

Acuífero

Percolación

Zona con vegetación:

• Mayor monto de recarga.

• Menor escorrentía superficial.

Zona sin vegetación:

• Menor monto de recarga.

• Mayor escorrentía superficial.

Hidrotecnias

Zanjas de Infiltración

Las Zanjas de infiltración,son canales sin desnivelconstruidos en laderas, loscuales tienen por objetivocaptar el agua que escurre,evitando procesos erosivosde manto, permitiendo lainfiltración del agua en elsuelo.

Hidrotecnias

Hidrotecnias

El principio fundamental para el diseño de Zanjas de Infiltración se

basa en la cantidad de agua lluvia que cae en la zona de

impluvio, y que debe ser menor o igual a la que capta y absorbe la

zanja.

Es decir, la capacidad de éstas no debe ser sobrepasada por el

total de aportaciones que a ella converjan.

Hidrotecnias

Donde:

Ve: Volumen de escorrentía aportada por zona de impluvio.

Vo : Volumen de captación de la obra

Vi: Volumen de infiltración de la zanja.

Principio hidrológico

LLONGOCURA, CUREPTO, CHILE. 2003

Hidrotecnias

LLONGOCURA, CUREPTO, CHILE. 2003

Hidrotecnias

Hidrotecnias

Cañas del Choapa

Gracias por su atención !!