TEMAS:

UNIDAD 3 PRECIPITACIONES

a) Generalidadesb) Nociones de meteorología

c) Tipos de precipitaciónd) Precipitación media de una zona

UNIDAD III

PRECIPITACION

a) Generalidades

Precipitación

En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre

Una nube puede estar formada por una gran cantidad de gotitas minúsculas y cristalitos de hielo, procedentes del cambio de estado del vapor de agua de una masa de aire que, al ascender en la atmósfera, se enfría hasta llegar a la saturación

La precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que se deposita en la superficie de la Tierra. Ocurre cuando la atmósfera (que es una gran solución gaseosa) se satura con el vapor de agua, y el agua se condensa y cae de la solución (es decir, precipita). El aire se satura a través de dos procesos: por enfriamiento y añadiendo humedad.

La precipitación que alcanza la superficie de la tierra puede producirse en muchas formas diferentes, como lluvia, lluvia congelada, llovizna, nieve, aguanieve y granizo. La virga es la precipitación que comienza a caer a la tierra pero que se evapora antes de alcanzar la superficie. 

La precipitación es un componente principal del ciclo hidrológico, y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505000 km³ de agua caen como precipitación cada año, y de ellos 398000 km³ caen sobre los océanos. Dada el área superficial de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promediada globalmente es más o menos de 1 m, y la precipitación anual media sobre los océanos de 1.1 m.

Tipos de precipitación

La precipitación se divide en tres categorías:

Precipitación líquida:--> Llovizna--> Lluvia

Precipitación glacial:--> Llovizna congelada--> Lluvia congelada (aguanieve)

Precipitación congelada:--> Nieve--> Bolitas de nieve<--> Granos de nieve--> Bolitas de hielo (aguanieve)--> Granizo--> Bolitas o copos de nieve--> Cristales de hielo

Cómo se forma la precipitación

Todo empieza cuando el agua de los mares, océanos, lagos, ríos, etc., y de la vegetación se evapora y se incorpora a la atmósfera. El agua pasa al aire, principalmente, en forma de vapor. El vapor de agua es uno de los componentes del aire que, aun estando en pequeñas proporciones y limitado en las capas bajas de la atmósfera (troposfera), juega un papel importantísimo en ella y mantiene la vida en la tierra.

El agua sube a la atmósfera debido al fenómeno de la evaporación, que es más intensa mientras más lo sea la temperatura y la agitación del aire. Así, las regiones ecuatoriales de los océanos evaporan al año una masa de agua de unos dos metros de espesor. En el Mediterráneo, que está sometido a una intensa

radiación, se evapora un metro y medio en el mismo tiempo. En cambio, en las latitudes altas la cantidad decrece mucho hasta alcanzar un índice muy pequeño de evaporación en las aguas frías próximas a los polos.

La evaporación disminuye la temperatura de la superficie del agua ya que absorbe gran cantidad de la energía del Sol, esto regula el equilibrio térmico de los océanos. Asimismo, la evaporación tiene un efecto importante sobre la salinidad de los mares, ya que tiende a concentrar las sales que en ellos existen, es decir, incrementa la salinidad, contrarrestando la acción de las precipitaciones pluviales que diluyen las sales del agua próximas a la superficie del mar, disminuyendo la salinidad. Por tanto, se va a establecer un equilibrio entre la temperatura, la evaporación y la precipitación que permite que la salinidad aumente o disminuya según las condiciones existentes en la atmósfera y el océano.

También la evaporación es importante, por ser la fuente de la mayor cantidad del agua dulce de la Tierra, ya que el agua regresa a la superficie del planeta y a los océanos al precipitarse el vapor en forma de lluvia.

La cantidad de evaporación del agua de la superficie de los mares está determinada por los siguientes factores: temperatura, contenido de vapor de agua en la atmósfera, velocidad del viento, salinidad del agua y área de agua expuesta al Sol.

La evaporación es directamente proporcional a la temperatura y a la velocidad del viento, ya que al aumentar estos factores también se incrementa ella, y es inversamente proporcional al contenido de vapor de agua y a la salinidad de ella, debido a que cuando éstos son altos la evaporación disminuye.

Si en su movimiento ascendente las masas de aire cargadas de vapor de agua se encuentran con otras sólo de aire, el vapor se condensa y forma nubes, haciéndose visible, como ocurre al borde del mar, en donde las masas de aire marítimo, saturadas de humedad, chocan con las de origen continental, secas y frías. La evaporación de la superficie del mar es la fuente de las nubes, y el aire marítimo el portador de ellas. Las nubes que se encuentran sobre los continentes tienen origen marino, ya que el aire continental presentaría el cielo despejado.

Al originarse las nubes, se van uniendo hasta formar un manto con un espesor de aproximadamente un kilómetro, que ha sido llamado el mar de nubes al ser observado por los que viajan en avión o por los alpinistas que escalan altas montañas, por el aspecto que presentan. Al principio, este manto de nubes parece inmóvil, surcado únicamente por suaves ondulaciones, pero a menudo los

cambios en sus condiciones y en sus movimientos pueden hacer que se presenten los factores adecuados para que se originen los violentos torbellinos.

Las nubes están formadas por la concentración de gotas de agua o de cristales de hielo que se encuentran suspendidos en la atmósfera como consecuencia de la condensación del vapor de agua contenido en el aire, debido al enfriamiento de este último.

Las nubes presentan gran variedad en sus formas y características y los meteorólogos han establecido varias clasificaciones formando la llamada "escala del cielo"; la clasificación más aceptada es la que distingue cuatro categorías principales:

Cirros: nubes aisladas de contorno filamentoso; se mantienen a gran altura —8 000 a 9 000 m— y suelen estar formados por cristales de hielo; nunca dan origen a precipitaciones en forma de lluvia o nieve, y forman al combinarse con otros tipos de nubes los cirrocúmulos o cirroestratos.

Estratos: son las masas de nubes extendidas en una forma especial y definida. Según su origen y modo de formación, los de poco espesor se sitúan en los 1 500 metros de latitud. Tampoco originan lluvia, pero al combinarse se convierten en nimboestratos, que producen los chubascos o aguaceros finos y persistentes, y se encuentran muy bajos, a 1 000 metros.

Cúmulos: son nubes redondas, de un blanco inmaculado. Se desarrollan verticalmente, o sea que su base está a los 1 500 metros o más de altitud. Al convertirse en cúmulo-nimbos, que llegan hasta los 12 000 metros de altura, provocan los chubascos, tormentas o granizo.

En estas nubes se originan los movimientos violentos producidos por los torbellinos y las fuertes descargas eléctricas que se forman por una diferencia grande de potencial eléctrico entre una nube y el suelo, entre dos nubes, o entre dos partes de una misma nube. Estos cúmulo-nimbos acumulan enormes cargas de energía eléctrica, de 3 000 voltios por centímetro, que al llegar al suelo provocan descargas de cientos de miles de amperios. 

Nimbos: son nubes negras, de forma irregular, que siempre generan lluvias. Su forma más corriente es la asociada, algunas veces como nimboestratos, y otras, como cúmulo-nimbos.

Cuando la luz del Sol o de la Luna incide sobre las nubes formadas por cristales de hielo, como en el caso del cirro-estrato, se origina una serie de bellos anillos luminosos denominados halos, a los que es más fácil observar con la luz de la Luna, debido a que la del Sol es muy intensa.

En sus estudios sobre el clima y el tiempo, los meteorólogos toman en cuenta, entre otros datos, los diferentes tipos de nubes y su extensión en el cielo, a esto lo llaman nubosidad.

El vapor de agua es invisible a nuestros ojos. Su cantidad variable puede ser medida directa o indirectamente por instrumentos meteorológicos (higrómetros e hidrógrafos, entre otros). Una masa de aire puede contener una cantidad limitada de vapor de agua a una temperatura y presión dada. Cuando la concentración de vapor de agua llega a unos límites determinados, entonces se puede condensar en forma de gotitas líquidas (condensación), o pasar directamente a cristalitos de hielo (sublimación), o las propias gotitas de agua formar cristales por congelación.

Estos procesos físicos de cambios de fase, donde el vapor de agua se transforma en gotitas de agua o cristales de hielo, suponen una odisea gigantesca ya que se deben vencer fuerzas y tensiones que se oponen o resisten a ello. Si no fuera por la presencia en la atmósfera de los llamados núcleos de condensación, sublimación y congelación, el aspecto del cielo sería otro del que conocemos ahora: desprovisto de nubes.

La condensación requiere de una semilla llamada el núcleo de condensación, alrededor del cual las moléculas del agua se pueden unir (Chow, 1994). Si la temperatura se encuentra por debajo del punto de congelamiento, se forman cristales de hielo. En la Figura 10 se ilustra la formación de precipitación en las nubes.

Algunas partículas de polvo que flotan en el aire pueden actuar como núcleos de condensación. Las partículas que contienen iones son efectivas como núcleos debido a que los iones atraen por electroestática las moléculas de agua enlazadas polarmente. Los iones en la atmósfera incluyen partículas de sal que se forman a

partir de la evaporación de espuma marina y compuestos de sulfuro y nitrógeno que provienen de la combustión.

Las pequeñas gotas de agua crecen mediante la condensación e impacto con las más cercanas a medida que se mueven por la turbulencia del aire, hasta que son lo suficientemente grandes para que la fuerza de la gravedad sobrepase la fuerza de fricción y empiezan a caer, incrementando su tamaño cuando golpean otras gotas en su descenso. Pero, a medida que la gota cae el agua se evapora de su superficie y su tamaño disminuye, de tal manera que el tamaño puede reducirse nuevamente al tamaño de un aerosol y desplazarse hacia arriba en la nube debido a la turbulencia.

Una corriente ascendente de solo 0,5 cm/s es suficiente para arrastrar una gota de 10 m. El ciclo de condensación, caída, evaporación y elevación se repite en promedio unas diez veces antes de que la gota alcance un tamaño crítico de 0,1 mm, que es suficientemente grande para que caiga a través de la base de la nube.

Las gotas permanecen esféricas hasta un diámetro de alrededor de 1 mm, pero empiezan a aplanarse en el fondo cuando aumenta su tamaño y dejan de ser estables en su caída al atravesar el aire dividiéndose en pequeñas gotas de lluvia. Las gotas de lluvia normales que caen a través de la base de una nube tienen de 0,1 a 3 mm de diámetro.

Los núcleos de condensación, sublimación y congelación son partículas pequeñísimas de sustancias higroscópicas (capaces de absorber la humedad) que, gracias a su composición química, favorecen los procesos atmosféricos de condensación, sublimación y congelación. De esta manera, las fuerzas que se oponen a los cambios de fase se ven modificadas o eliminadas parcialmente para permitir la formación de las nubes, hacer crecer las gotitas o cristales suspendidos, hasta ganar el peso suficiente para caer por la gravedad hacia el suelo. Ver Figura 3.

Al aumentar el vapor su volumen en la atmósfera, las gotas de agua incrementan su peso, provocando lluvia; cuando este peso se hace mayor aumenta la velocidad de caída, con lo que la lluvia se intensifica y puede transformarse en una tormenta. La frecuencia e intensidad de las lluvias son variables en las diferentes regiones de la Tierra y cambian de acuerdo con la evaporación y con la latitud; pero se ha calculado que se produce una precipitación promedio de 89.7 centímetros por año.

La duración de la lluvia es más breve si es mayor el tamaño de las gotas, como ocurre en los chaparrones o aguaceros.

El relieve topográfico desempeña importante papel en la frecuencia de las lluvias. Las montañas obligan a elevarse a las masas de aire, lo que provoca la rápida condensación del agua y su precipitación como lluvia o nieve.

El agua cae sobre el mar y sobre la tierra; cuando lo hace en el mar retorna enseguida a su punto de partida; cuando cae en la tierra, ha de seguir caminos muy distintos hasta reintegrarse a él, estableciendo el llamado ciclo hidrológico.

Una parte del agua que se precipita sobre la tierra corre por la superficie de ésta, se concentra en arroyuelos y luego en ríos que erosionan y disuelven los materiales que se encuentran a su paso y que la llevan, por último, al mar.

El suelo es recorrido por una inmensa red de torrentes, arroyos y ríos que alcanzan, en conjunto, una longitud de más de 130 000 kilómetros y envían sus aguas al lecho de corrientes caudales. La masa de agua arrojada por estas corrientes principales, calculada en unos 13 000 millones de metros cúbicos por hora, es recogida por el océano, en el cual se decanta el fango que ella arrastró, y queda en su fondo, y se limpia, combinándose con las sales de sodio, potasio, calcio y magnesio. Luego, el Sol la evapora nuevamente y se originan las nubes, enriquecidas en oxígeno por la acción de los vientos, y vuelven a viajar de nuevo a la tierra. Aquí, el frío condensa el vapor de agua, que cae como lluvia o rocío.

Otra parte del agua que cae sobre la tierra se infiltra y constituye el agua subterránea, formando la capa acuífera que al filtrarse y formar manantiales es aprovechada por los vegetales, los animales y el hombre. Y otra tercera parte se evapora y vuelve a la atmósfera. 

b) Nociones de meteorología

La Meteorología es la ciencia encargada del estudio de la atmósfera, de sus propiedades y de los fenómenos que en ella tienen lugar, los llamados meteoros. El estudio de la atmósfera se basa en el conocimiento de una serie de magnitudes, o variables meteorológicas, como la temperatura, la presión atmosférica o la humedad, las cuales varían tanto en el espacio como en el tiempo.

Cuando describimos las condiciones atmosféricas en un momento y lugar concretos, estamos hablando del tiempo atmosférico. Todos sabemos que el tiempo atmosférico es uno de los principales condicionantes de las actividades que realizamos, especialmente de aquellas que se realizan al aire libre, como la agricultura. A diario aparece información meteorológica en los medios de comunicación y, aunque a veces ésta es motivo de las conversaciones más triviales, sabemos que la comprensión del tiempo implica conocer un buen número de conceptos científicos, no todos ellos sencillos. Desde tiempos inmemoriales, los hombres han admirado los fenómenos atmosféricos y han intentado explicar sus causas. Mientras no hubo instrumentos, ni grandes conocimientos científicos, la magia y la religión sirvieron de explicación a la mayor parte de los fenómenos meteorológicos. Pero hoy día, la Meteorología es una ciencia tremendamente avanzada, basada en nuestro conocimiento de la Física y en el uso de las más modernas tecnologías. Los meteorólogos son capaces, incluso, de predecir el tiempo hasta con una semana de antelación sin apenas fallar.

c) Tipos de precipitación

Como se ha señalado, las nubes se forman por el enfriamiento de las masas de aire más allá del punto de rocío. Este enfriamiento se debe a diversos procesos que provocan el ascenso adiabático de las masas de aire, con el consiguiente descenso de la presión y la temperatura. En términos generales la intensidad y duración de la precipitación depende del contenido de humedad del aire y de la velocidad con la que se desplaza verticalmente. De acuerdo a estos procesos, los tipos de precipitación se pueden clasificar de la siguiente manera:

Precipitaciones ciclónicas

Estas precipitaciones se relacionan estrechamente con determinadas alteraciones ciclónicas, y se dividen en dos tipos básicos: frontales y no frontales.

Las precipitaciones frontales son provocadas por frentes fríos o cálidos. En los frentes fríos el aire cálido es empujado con fuerza hacia arriba por el aire frío, lo que suele generar nubes de gran desarrollo vertical y consecuentemente lluvias intensas, que pueden convertirse en verdaderas tormentas. En los frentes cálidos el aire cálido asciende con mayor suavidad sobre la cuña que suele formar el aire frío, generando nubosidades estratiformes que suelen provocar lluvias menos intensas pero más prolongadas.

Frentes fríos

Los frentes fríos se generan cuando una masa de aire caliente, relativamente inmóvil, es alcanzada por una masa de aire frío. Debido a que el aire frío es más denso (y por lo tanto más pesado), tiende a deslizarse debajo de la masa de aire caliente. Esta última es desplazada rápidamente hacia arriba, se enfría conforme gana altitud y genera al condensarse nubes de tipo cumulonimbos.

En un frente frío es fácil que se den precipitaciones intensas, en ocasiones acompañadas de tormentas eléctricas. También es posible que se den fuertes vientos y tormentas de nieve. Los frentes fríos tienden a desplazarse muy rápidamente, provocando descensos bruscos de la temperatura y de la humedad relativa en los lugares por los que pasan.

Frentes cálidos

Cuando una masa de aire caliente se desplaza hacia una masa de aire frío, haciendo que esta retroceda, se produce lo que se conoce como frente cálido. Al

ser menos denso (y por lo tanto más ligero) el aire caliente se desliza hacia arriba. Como sucede en los frentes fríos, el aire caliente al subir se enfría y genera condensaciones, pero en este caso es común que se formen nubes de tipo nimbostrato.

A menudo los frentes cálidos provocan precipitaciones moderadas, así como un aumento de la temperatura, la humedad relativa y la presión atmosférica. Los vientos también pueden incrementar su intensidad, aunque no tanto como en los frentes fríos.

Las precipitaciones no frontales pueden ser generadas por cualquier depresión barométrica. El ascenso del aire cálido se acompaña de la convergencia de masas de aire que tienden a ocupar la zona de baja presión.

Precipitaciones convectivas

Son causadas por el ascenso de aire caliente saturado o no, más liviano que el aire frío de los alrededores. Durante su ascenso, las masas de aire se enfrían según un gradiente de 1ºC por 100 m (seco) o 0,5ºC por 100 m (saturado); cuando alcanza el punto de condensación, se produce la formación de nubes. Si la corriente de convección vertical inicial es intensa, el sistema nuboso puede alcanzar una zona de temperaturas muy bajas o un grado de turbulencia fuerte, que pueden desatar la lluvia. La precipitación convectiva es de corta duración, puntual y su intensidad puede variar entre una llovizna ligera y un aguacero. Son características de las regiones ecuatoriales, donde los movimientos de las masas de aires, son esencialmente verticales. Las nubes se forman durante la mañana bajo la acción de la insolación intensa y por la tarde o al anochecer, se presenta un violento aguacero acompañado de relámpagos y trueno. Durante a noche, las nubes se disuelven y en la mañana, el cielo se presenta generalmente claro.

Las precipitaciones convectivas también tienen lugar en la zona templada, en los períodos calientes casi siempre bajo la forma de aguaceros violentos y puntuales.

Se producen cuando el aire asciende por diferencias de temperatura a causa de un calentamiento local (ascensión convectiva). El ascenso es natural. El gradiente adiabático tiene que ser menor que el gradiente vertical medio de temperatura. Entonces el aire inestable asciende y se forman nubes de desarrollo vertical (cúmulos y cumulonimbos), dando lugar a precipitaciones de tormenta y granizo.

Son propias de las regiones ecuatoriales y tropicales, aunque también son frecuentes, sobre todo durante el verano, en las zonas templadas (lluvias de verano).

Las lluvias de convección suelen producirse en horas de la tarde. Las razones son:

La radiación solar va calentando durante el día la superficie terrestre (las tierras primero y las aguas después, como se puede ver en el artículo sobre la diatermancia). Las columnas de aire caliente comienzan a ascender en los lugares que más se han calentado, lo cual puede variar localmente por múltiples razones, principalmente, por la incidencia de los rayos solares sobre el suelo, por la mayor o menor cantidad de vegetación y, sobre todo, por la mayor o menor cantidad de agua en el lugar. Estas columnas de aire no suelen verse en un principio por su escasa humedad relativa aunque suelen estar indicadas en la zona intertropical por el ascenso en círculos de las aves como el zamuro y otras de gran tamaño, que las aprovechan planeando para ascender y, cuando alcanzan gran altura dirigirse hacia donde desean, descendiendo con una economía enorme de esfuerzo, ya que pueden volar unos diez km o más sin prácticamente mover las alas. El ascenso de estas aves se produce inmediatamente antes de producirse las lluvias, aunque a veces, cuando el aire está muy seco, las columnas de aire caliente no son seguidas por esas lluvias de convección. Los planeadores pueden aprovechar estas columnas de aire caliente para ascender, aunque en este caso no se puede hablar exclusivamente de ascenso del aire por convección sino por el ascenso del aire por el efecto orográfico o una combinación de ambos tipos de motivos.

La mayor velocidad de ascenso de las columnas de aire caliente durante las horas de la tarde, da origen a un rápido enfriamiento de esas columnas, produciéndose la rápida condensación y la formación de nubes de desarrollo vertical, principalmente cúmulos en sus diversos tipos, y cumulonimbos, que son los que producen lluvias intensas y tormentas, por

las diferencias de humedad y temperatura que se dan entre el interior y los bordes de dichas nubes.

Las lluvias de convección dejan una especie de "huella" o mancha mojada en el suelo que tiene forma ovalada, la cual ayuda a repartir mejor la acción de las distintas nubes de lluvia, cuya superficie suele ser relativamente reducida. Sobre la huella que dejan no suele producirse un nuevo cumulonimbo poco después porque tras la lluvia producida, el suelo mojado crea una especie de pequeña zona de alta presión sin vientos. El refrán de que detrás de la tormenta viene la calma se aplica perfectamente en este caso. Sólo en casos muy favorables y específicos del relieve, por ejemplo, en el sur del Lago de Maracaibo, donde los vientos se ven forzados a ascender por el estrechamiento del relieve, se produce la unión de numerosos cumulonimbos con una tormenta eléctrica continuada durante toda la noche: es el caso del Relámpago del Catatumbo en el occidente de Venezuela, donde se combina la convección producida en la superficie del lago de Maracaibo en horas de la tarde, con el efecto orográfico de los Andes venezolanos (la Sierra de Mérida) y la Sierra de Perijá. Esta idea queda clara en la imagen de satélite cuyo enlace aparece abajo.

Precipitaciones orográficas

Cuando las masas de aire cargadas de humedad que se desplazan del océano a los continentes encuentran una barrera montañosa, tienden a elevarse y se produce un enfriamiento que puede generar una cobertura nubosa y desatar precipitaciones.

Las precipitaciones orográficas se presentan bajo la forma de lluvia o de nieve en la dirección hacia la que sopla el viento (vertientes sotavento de la barrera montañosa). La obstrucción en el trayecto de las masas de aire húmedo por un macizo montañoso en la dirección desde donde sopla el viento (vertiente a barlovento), produce una zona de pluviosidad débil. El aire al descender sobre esa vertiente se calienta y disminuye su humedad relativa, puede generar un régimen de vientos secos y calientes que da nacimiento a zonas semiáridas o áridas.

Las precipitaciones suelen ser más frecuentes a barlovento (en las laderas que enfrentan las masas de aire) y disminuir significativamente a sotavento (en las laderas contrarias). En las cadenas montañosas muy elevadas el máximo de precipitación se produce casi siempre antes del parteaguas, pero en las más bajas a veces se produce después de este, ya que la masa de aire continúa su trayectoria ascendente.

d) Precipitación media de una zona

Calculo de la precipitación media con el método aritmético.

Este método provee una buena estimación si las estaciones pluviométricas están distribuidas uniformemente dentro de la cuenca, el área de la cuenca es bastante plana y la variación de las medidas pluviométricas entre las estaciones es pequeña.

Según el Método Aritmético, la Precipitación media se calcula aplicando la siguiente expresión

En donde Pi es la precipitación puntual en la estación i y n el número de estaciones dentro de los límites de la cuenca en estudio. Como vemos es simplemente un promedio de las precipitaciones registradas en las distintas estaciones consideradas dentro de la cuenca.

Método de polígonos de thiessen

Este método se puede utilizar para una distribución no uniforme de estaciones pluviométricas, provee resultados más correctos con un área de cuenca aproximadamente plana, pues no considera influencias orográficas.

El método asigna a cada estación un peso proporcional a su área de influencia, la cual se define para cada estación de la siguiente manera:

Todas las estaciones contiguas se conectan mediante líneas rectas en tal forma que no hayan líneas interceptadas, es decir conformando triángulos:

En cada una de las líneas previamente dibujadas se trazarán mediatrices perpendiculares, las cuales se prolongarán hasta que se corten con otras mediatrices vecinas:

Los puntos de cruce o intersección entre las mediatrices representan los puntos del polígono cuya superficie constituye el área de influencia de la estación que queda dentro de dicho polígono.

Finalmente, el área de cada uno de estos polígonos debe ser calculada (Ai) para poder realizar el Cálculo de la Precipitación Media sobre la cuenca mediante la expresión:

Vale destacar que, en los polígonos limítrofes (cercanos al límite de la cuenca, como el de la estación N° 6 en la figura anterior) se considera solamente el área interior.

Método de las isoyetas

Es el método más preciso, pues permite la consideración de los efectos orográficos en el cálculo de la lluvia media sobre la cuenca en estudio. Se basa en el trazado de curvas de igual precipitación de la misma forma que se hace para estimar las curvas de nivel de un levantamiento topográfico.

Sobre la base de los valores puntuales de precipitación en cada estación (como los enmarcados en un cuadro rojo en la siguiente figura) dentro de la cuenca, se construyen, por interpolación, líneas de igual precipitación:

Las líneas así construidas son conocidas como isoyetas. Un mapa de isoyetas de una cuenca es un documento básico dentro de cualquier estudio hidrológico, ya que no solamente permite la cuantificación del valor medio sino que también presenta de manera gráfica la distribución de la precipitación sobre la zona para el período considerado. Una vez construidas las isoyetas será necesario determinar

el área entre ellas para poder determinar la precipitación media mediante la expresión:

Donde:

Pj: Valor de la Precipitación de la Isoyeta j.

Aj: Área incluida entre dos isoyetas consecutivas (j y j+1).

m: Número total de isoyetas. 

Como se observa de la anterior expresión este método asume que la lluvia media entre dos isoyetas sucesivas es igual al promedio numérico de sus valores.

Ejemplo de los tres métodos

En la cuenca mostrada en la figura 6.21ª se han registrado las alturas de precipitación señaladas en la misma. Calcular las alturas medias de precipitación en la cuenca usando los tres métodos vistos anteriormente.

Solución

a) Método aritmético. La precipitación media es

P=16

(12+9+19+14+23+27 )=17.33mm

b) Polígonos de Thiessen. En la figura 6.22 se muestra la división en áreas de influencia de la cuenca.

Las áreas de influencia de cada estación son:

A1=4613km2, A2=1170km2, A3=2802km2 , A4=4061km 2, A5=3314km2, A6=1390km2. La precipitación media resulta ser:

P= 117350

(12 x4613+9 x1170+19x 2802+14 x 4061+23 x3314+27 x1390)

P = 16.7 mm

c) Isoyetas. En la figura 6.23 se ilustra el trazo de las isoyetas para este caso. A un lado de cada estación esta anotada la precipitación restringida.

Como se observa en la figura 6.23, si se trazan isoyetas a cada 5 mm, la cuenca queda dividida en cinco partes. Las áreas y alturas de precipitación media en cada parte son las siguientes

A1 = 368 km2; P1 = 7.5 mm

A2 = 7295 km2; P2 = 12.5 mm

A3 = 5452 km2; P3 = 17.5 mm

A4 = 2237 km2; P4 = 22.5 mm

A5 = 1998 km2; P5 = 27.5 mm

Y la altura de precipitación media resulta:

P= 117350

(7.5 x368+12.5 x 7295+17.5x 5452+22.5 x2237+27.5x 1998)

P = 17.0 mm

El método aritmético es el mas simple de todos, pero no toma en cuenta la distribución de las estaciones en la cuenca ni la manera en que se distribuye la lluvia en el espacio, pues le asigna el mismo peso a todas las alturas de precipitación registradas; por ello, es útil únicamente en zonas con topografía muy suave y condiciones atmosféricas muy uniformes, o bien para tener solo una idea aproximada de la altura de precipitación media.

Por el contrario el método de los polígonos de Thiessen si toma en cuenta la distribución de las estaciones en el área de la cuenca, pero no los factores topográficos y de otro tipo que afectan a la distribución de la lluvia; este método es, sin embargo, mas conveniente que el de las isoyetas desde el punto de vista practico, particularmente para cálculos repetitivos, como cuando se analiza una gran cantidad de tormentas, pues los polígonos no cambian a menos que se agreguen o se eliminen estaciones.

El mas preciso de todos es el método de las isoyetas si estas se dibujan de manera que tomen en cuenta los efectos topográficos en la distribución de la lluvia, para lo que es necesario tener cierta experiencia. Por otra parte, es el método más laborioso de los tres, pues cada tormenta tiene un plano de isoyetas diferentes. Si las isoyetas se trazan indiscriminadamente, por ejemplo, suponiendo una variación lineal de la altura de precipitación entre las estaciones, su precisión no es mayor que la de los polígonos de Thiessen.

La altura de precipitación media calculada depende, en general, del numero d estaciones pluviométricas o pluviograficas que se usan en el análisis; entre menor sea el numero de estaciones, mayor será el error cometido en la estimación de la precipitación media.