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Centro nacional de prevención de desastres MAYO 25 2018
FENOMENOS HIDROMETEOROLOGICOS
¿ COMO SE MONITOREAN LOS FENOMENOS PERTURBADORES ?
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Fenómenos Hidrometeorológicos
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Temas a Tratar
1. Concepto de un Fenómeno Hidrometeorológico
2. Identificación de variables a medir
3. Tipos de instrumentos a utilizar y principio de funcionamiento
4. Componentes de una Estación de Monitoreo Hidrometeorológica
5. Monitoreo Hidrometeorológico a nivel de una cuenca hidrológica
6. Selección de sitios e infraestructura para Estaciones
Hidrometeorológicas para monitoreo en cuencas
7. Concepto de una Red de Monitoreo Hidrometeorológico en una cuenca
8. Puesto Central de registro y plataforma de adquisición,
presentación y procesamiento de datos
9. Finalidad del Monitoreo Hidrometeorológico
10. Presentación de un sistema de monitoreo Hidrometrorológico
en un escenario de inundación
Fenómenos Hidrometeorológicos
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CICLÓN TROPICAL
FRENTE FRIO
LLUVIA CONVECTIVA
Fenómeno Hidrometeorológico:
Ley General de Protección Civil: Agente
perturbador que se genera por la acción de
condiciones atmosféricas tales como:
ciclones tropicales, frentes fríos, tornados,
tormentas de nieve, heladas, sequias, lluvias
extremas e inundaciones, entre los más
importantes.
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Tecnologías para el seguimiento del comportamiento del Fenómeno
Hidrometeorológico: Redes de Estaciones Meteorológicas e
Hidrometeorológicas, Imágenes Satelitales y Radares Meteorológicos, para
determinar su ubicación y características.
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Los efectos de mayor impacto de un Fenómeno Hidrometeorológico se deben a la
transferencia de agua entre la atmósfera y la superficie.
AGENTE PERTURBADOR = TRANSFERENCIA DE AGUA ATMOSFERASUPERFICIE,LLUVIA
EFECTOS = INUNDACIONES
Identificación de variables a medir:
Fenómenos Hidrometeorológicos
Variable INSTRUMENTO FUNCIONAMIENTO
LLUVIA PLUVIOMETRO ELECTROMECANICO (Pulsos eléctricos)
NIVEL DE AGUA EN RIOS O CAUCES
SENSOR DE NIVEL PRESION, CONDUCTIVIDAD, PERCEPCION REMOTA, ETC
La medición de dichas variables se realizan por medio de estaciones de
monitoreo conocidas como Hidrometeorológicas.
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La medición de otras variables tales como Temperatura, Humedad Relativa,
Viento (velocidad y dirección), Presión Atmosferica, Radiación Solar
incluyendo también precipitación la realizan estaciones de monitoreo
conocidas como Meteorológicas.
Fenómenos Hidrometeorológicos
VARIABLE INSTRUMENTO TRANDUCTOR
Temperatura Termómetro Resistivo (resistencia eléctrica detectora)
Humedad Relativa Higrómetro Capacitivo (cambio de capacitancia)
Velocidad del Viento Anemómetro Magnético (generador eléctrico)
Dirección del Viento Veleta Potenciómetro (cambio del valor de resistencia)
Presión Atmosférica Barómetro Piezoresistivo (cambio de resistencia eléctrica)
Radiación Solar Piranómetro Termopar (arreglo en bloques o pilas, genera voltaje)
Lluvia Pluviómetro Electromecánico (pulsos eléctricos)
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Sensores Meteorológicos
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La variación de las variables meteorológicas fuera de rangos normales ocasiona la
manifestación del agente perturbador asociado:
Temperatura Ola de calor, helada, nevada
Viento Ciclones tropicales, tornados, ráfagas y ventiscas peligrosas
Presión Barométrica Ciclones tropicales, tornados
Radiación Solar Aumento del índice ultravioleta
Fenómenos Hidrometeorológicos
Clasificación de las Estaciones Meteorológicas:
EMA: Estación Meteorológica Automática, se define como un Conjunto de
transductores o sensores y dispositivos electrónicos y de telecomunicaciones que
realizan mediciones de las variables meteorológicas de forma automática, recopila
lectura cada 10 minutos y los envía vía satélite en intervalos de 1 a 3 horas, utiliza
la base de tiempo UTC.
ESIME: Estación Sinóptica Meteorológica, se define como un Conjunto de
transductores o sensores y dispositivos electrónicos que realizan mediciones de
las variables meteorológicas de forma automática y generan un reporte sinóptico
cada 3 horas, están ubicadas únicamente en los Observatorios Meteorológicos,
utilizan la base de tiempo UTC.
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Estacione Meteorológica Automática, EMA
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Estacion Meteorológica Automática EMA, Conagua - Cenapred
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Estacion Meteorológica Automática EMA, Cenapred
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Comparación EMAS Conagua - Cenapred
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Fenómenos Hidrometeorológicos
Estacione Snóptica Meteorológica, ESIME
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embudos captador de lluvia
cilindro protector
vertedores
Interruptor
balancín
embudo
Pluviómetro, reporta su lectura en mm
1 mm de lluvia = 1 litro de agua distribuido en un área de 1m 2
Sensor de Lluvia:
Fenómenos Hidrometeorológicos
Descripción de los sensores de las estaciones Hidrometeorológicas
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Funcionamiento del
Pluviómetro
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Lectura de lluvia
por medio de un Pluviómetro
Mecanismo del Pluviómetro
Señal Eléctrica que indica la lluvia
( Pulsos de Voltaje )
Lectura de lluvia
0.75 mm
1 pulso = 0.25 mm de lluvia
1mm de lluvia = 1 Litro Agua/m 2
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Medidor de Nivel: Reporta su lectura en m o cm
Funcionan bajo el principio de operación de Efecto Doppler, se utiliza una
señal de microondas o ultrasónica y se cuantifica el tiempo de retardo
entre la emisión y el reflejo de la misma sobre el espejo de agua y se
interpreta como distancia.
Sensor de Nivel de Percepción Remota
Fenómenos Hidrometeorológicos
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RED DE MONITOREO CON RADARES DE NIVEL, EFECTO DOPPLER
Fenómenos Hidrometeorológicos
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AISLANTE
5 cm
3”
1 m
ELEMENTOS DETECTORES
DE AGUA, POR CONDUCTIVIDAD
ELECTRICA
3”
4”
CABLE DE CONEXIÓN
Sensor de Nivel por Conductividad
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Estación de Monitoreo Hidrometeorológico
SENSOR DE LLUVIA Y/O NIVEL
ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE LOS SENSORES
( DATALOGGER )
SISTEMA DE COMUNICACIÓN:
RADIO PROTECTOR DE DESCARGAS ATM ANTENA
TIERRA FISICA
PANEL SOLAR CONTROLADOR DE CARGA
BATERIA
Fenómenos Hidrometeorológicos
Radar de Nivel
Pluviómetro 1 Alimentación de la estación
2 Datalogger: Entrega un paquete de
datos como lecturas de medición de
los sensores
3 Sistema de Comunicación: Radio
tipo Modem para enviar vía remota
los datos a una computadora,
utiliza bandas de frecuencia UHF
450-470MHz la cual requiere
licencia o 900 MHZ que es de uso
libre o bien de tipo satelital.
1
2
3
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CARACTERÍSTICAS
INUNDACION
SÚBITAS LENTAS
Tamaño de cuencas pequeña grande
Pendiente grande pequeña
Tiempo de respuesta ≤ 6 h > 6 h
Duración del evento De minutos a horas De días a semanas
Área de afectación pequeña grande
Afectaciones Decesos y
Daños económicos
Daños económicos
Fenómenos Hidrometeorológicos
Las inundaciones a nivel cuenca como el efecto de mayor impacto de un Fenómeno
Hidrometeorológico
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Una Cuenca Hidrológica es un área que comprende manantiales, arroyos, afluentes, ríos
y que a través de su desnivel natural del terreno, guía los escurrimientos de agua a través
de su sistema de drenaje natural hacia un río principal, laguna o mar. El agua siempre
fluye desde áreas más altas hacia las más bajas.
Las áreas urbanas o poblados que se ubiquen en las cercanías de ríos o dentro del
sistema de drenaje natural de una cuenca se verán expuestos a riesgos de inundación.
Fenómenos Hidrometeorológicos
Monitoreo Hidrometeorológico en una cuenca hidrológica
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P
Cuenca Hidrológica Zona de lluvia
Cauce
Estación Pluviométrica
Estación de medición de Nivel de Agua
Zona Inundable (poblado o zona urbana)
Los Sistemas de Monitoreo Hidrometeorológica a nivel cuenca han sido desarrollados por el
Centro Nacional de Prevención de Desastres e implementados como apoyo a las autoridades de
Protección Civil estatal y municipal, para la toma de decisiones en caso de una posible inundación.
Variables a medir:
- Precipitación
- Nivel de agua
Modelo Matemático para alertar por:
- Lluvia – Escurrimiento
- Lluvia por unidad de tiempo
- Por Nivel de agua
Límites prestablecidos por:
- Escurrimiento, Gasto en m3/s
- Lluvia acumulada, en 10,20,30 min
- Nivel, en metros
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Están constituidos por una red de estaciones de monitoreo de lluvia y nivel de cauces de ríos,
cuyas lecturas a intervalos de 10 minutos activan un algoritmo que puede considerar la estimación
del gasto en m3/segundo (modelo lluvia-escurrimiento) o bien valores de precipitación por unidad
de tiempo (10 min, 20 min, 30 min, etc.), en cualquier caso se consideran valores de referencia
prefijados que al ser rebasados activan una alerta de una posible inundación en la cuenca bajo
vigilancia, se presenta un panel mediante un semáforo (verde-naranja-rojo) para mostrar las
condiciones del alertamiento.
Medición de
precipitación
y nivel
Transmisión de
datos
Recepción de
datos
Procesamiento de
la información
Análisis y evalua-
ción por el perso-
nal encargado
Alertamiento
automático
Alertamiento a las
autoridades y co-
munidad afectable
Cuenca de captación
Tormenta
En Rojo se tienen de 30 a 90 minutos
Antes de la inundación
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Estación de lluvia
Estación de Nivel
Puestos Centrales de Registro
PCR1 (Recolecta datos)
PCR2 (Espejo de PCR1)
Estaciones de medición + Lecturas +Procesamiento y Análisis (modelo matemático) +
Generación de alarmas (umbrales preestablecidos) = Sistema de Monitoreo
Hidrometeorológico a nivel Cuenca.
Para que se convierta en Sistema de Alerta Temprana hay que considerar los otros 3
componentes: Identificación del Riesgo, Difusión de la Alerta y Plan de Contingencia.
Cuenca del Río Sabinal Tuxtla Gutierrez, Chiapas
Fenómenos Hidrometeorológicos
Red de Monitoreo Hidrometeorológico Caso Práctico:
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Estación
Pluviométrica
Estación
de
Nivel
Pluviómetro
Radar de Nivel
Estación
Pluviométrica
Pluviómetro
Estación
de
Nivel
Radar de Nivel
Red de Estaciones de Campo Infraestructura de Comunicaciones y
Plataforma de Adquisición de Datos
Intervalo de
Muestreo de 10 minutos Radio UHF
Envío de datos:
• Correo Electrónico
• FTP
• Página web en html
Co
ns
ult
a p
or
PC
y p
or
Dis
po
sit
ivo
s M
óvile
s
Internet
Fenómenos Hidrometeorológicos
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10/07/2017
INUNDACION SUBITA
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Selección de sitios para la medición lluvia y Nivel
Fenómenos Hidrometeorológicos
Parteaguas o Cima de Montaña Río o Cauce
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Infraestructura de la estación de medición lluvia
ANTENA DE RADIO
CELDA SOLAR PLUVIOMETRO
RECINTO
CERRADO Y
PROTEGIDO
GABINETE PARA MODULOS
ELECTRONICOS
DUCTO PARA
CABLES
BATERIA
TOMA DE TIERRA
BASES DE CONCRETO
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Instalación de la estación de medición de lluvia
Cuenca del Río Sabinal
Tuxtla Gtz. Chiapas
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Instalación de la estación de medición de lluvia
Escuela pública. Acapulco, guerrero
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Infraestructura para la estación de medición Nivel por percepción remota
Río
3 1
Terreno
natural
1. Sensor de nivel, Tipo Radar o Ultrasónico 2. Gabinete con módulos electrónicos 3. Sección de concreto para el anclaje del gabinete del sensor 4. Sección del río bajo el puente 5. Antena para el envío de datos 6. Aparta Rayos 7. Tierra Física.
4
3
1
Orientación
N --- S
7
5
6
7
2
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Instalación de la estación de medición de Nivel
Cuenca del Río Sabinal
Tuxtla Gtz. Chiapas
CENAPRED, CDMX
Cuenca del Río Topochico
Monterrey, Nuevo Léon
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Infraestructura para la estación de medición Nivel por conductividad
NC-1 m
Nivel
Crítico
NC
Río
NC+1 m
6
8
9
16 11
1
1
3
10
5 5
15 15
13. Captador de descargas atmosféricas
14. Anclaje para torre
15. Tensores para torre
16. Ducto para cables externos
17. Sección de corriente controlada
Terreno natural Ducto para cable
Orientación
N --- S
Nota:
Acotaciones en m
12
1. Sensores de nivel
2. Cable para antena, RG8
3. Cable para celda solar, uso rudo
4. Cable para conexión de sensores, multi-hilos
5. Nodo de tierra física
6. Caseta
7. Torre para comunicaciones
8. Estructura para instalación de sensores
9. Antena para comunicaciones
10. Ducto externo para interconexión
de sensores
11. Celda solar
12. Gabinete con módulos electrónicos y
de comunicaciones
17
7
2
13
14
NC - 1 m
SENSORES DE NIVEL
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Instalación de la estación de medición de Nivel por conductividad
Cuenca del Río Coatán
Tapachula. Chiapas Cuenca del Río Sabinal
Tuxtla Gtz. Chiapas
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Diseño Electrónico y construcción de las estaciones de medición
Fenómenos Hidrometeorológicos
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La plataforma de
adquisición de
datos que utilizan
las redes de
monitoreo
presenta las
lecturas de lluvia y
nivel en un entorno
numérico-gráfico,
así como el estado
de funcionamiento
de cada estación.
Los datos son
actualizados cada
10 minutos y
almacenados en
un archivo en
formato de texto y
en Excel.
Fenómenos Hidrometeorológicos
Adquisición, presentación y procesamiento de datos:
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En la pantalla
principal de la
plataforma se
incluye un panel
para la selección
de productos
web generados
por instituciones
como el SMN,
NOAA, NASA,
etc. para el
seguimiento de
Ciclones
Tropicales,
Frentes Fríos y/o
perturbaciones
atmosféricas que
ocasionen
condiciones de
lluvia de alto
riesgo.
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Puesto Central de Registro: Lugar donde se reciben y procesan los datos de la Red de Monitoreo
Se da seguimiento a
los Fenómenos
Hidrometeorológicos
y se realiza la
Emisión de Alertas
Para inundación
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Despliegue y análisis de datos. Red de monitoreo hidrometeorológico de Acapulco, Guerrero
Red de estaciones de campo
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Despliegue y análisis de datos, Red de monitoreo del Río Sabinal. Tuxtla Gutiérrez Chiapas
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Red de estaciones de campo
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Despliegue y análisis de datos. Red de Monitoreo, Tijuana Baja California
Protección Civil Municipal
Red de estaciones de campo
Fenómenos Hidrometeorológicos
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Despliegue y análisis de datos. Red de Monitoreo Monterrey, Nuevo León
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Red de estaciones de campo
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Fenómenos Hidrometeorológicos
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MONTERREY, NL
•8 estaciones pluviométricas
•2 centros de registro
•1 repetidor
Instalado en Septiembre de 1999
TUXTLA GTZ., CHIAPAS
•8 estaciones pluviométricas
•3 estaciones de nivel de cauce
•2 centros de registro
•1 repetidor
Instalado en Febrero de 2006
ACAPULCO, GRO
•15 estaciones pluviométricas
•2 centros de registro
•1 repetidor
Instalado en Junio de 1998
TIJUANA, BCN
•10 estaciones pluviométricas
•2 centros de registro
•1 repetidor
Instalado en Enero de 1999
CHALCO, EDO MEX
•5 estaciones pluviométricas
•4 estaciones de nivel de cauce
•2 centros de registro
•1 repetidor
Instalado en Febrero de 2005
Actualmente se cuenta con estas redes de monitoreo como parte de los
sistemas de alerta Hidrometeorológica de las ciudades de Acapulco,
Guerrero; Monterrey, Nuevo León; Tijuana, B.C.; El Río de la Compañía
en Chalco estado de México y en la cuenca del río Sabinal en Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas
A cargo del personal de protección civil Estatal o Municipal quienes son
responsables de su operación y mantenimiento
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Finalidad de los Sistemas
de Monitoreo
Hidrometeorológico
para el Sistema
Nacional de Protección
Civil:
Fenómenos Hidrometeorológicos
Constituyen el segundo
componente de un
Sisteama de Alerta
Temprana:
2. Sistema de medición
y monitoreo del
fenómeno perturbador
para realizar
pronósticos o emitir
avisos con base
científica. Se utilizan
redes de instrumentos y
telecomunicaciones
para adquisición de
datos.
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Demostración de un Sistema de Monitoreo Hidrometeorológico como
parte de un Sistema de Alerta Temprana
Fenómeno : Tormenta severa Inundación Súbita
Escenario : Comunidad Rural
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Tecnología de Monitoreo:
• Pluviómetro de balancín
• Sensor de Nivel de agua por
Conductividad
• Módulos Electrónicos
• Cámaras de video
• Puesto Central de Registro de datos
Sensor de Nivel Sensor de LLuvia
Adquisidor y
acondicionador de
las señales
de los sensores
Plataforma de
Adquisición, presentación y procesamiento de Datos
Fenómenos Hidrometeorológicos
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57.25 4.38
Plataforma en entorno numérico – gráfico para
la presentación de datos
Fenómenos Hidrometeorológicos
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¡ GRACIAS POR SU ATENCIÓN !
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MAYOR INFORMACIÓN:
Ing. Javier González Prado Jefe del Departamento de instrumentación
Hidrometeorológica [email protected]
www.segob.gob.mx
@segob_mx
protección civil federal: www.proteccioncivil.gob.mx
@pcsegob