Estudio Lluvias Intensas Inamhi

QUITO ECUADOR

1999

PRESENTACTON

El diseño de obras hidrotécnicas a cargo de las Instituciones Públicas y Privadas que realizan la planificación y construcción requiere contar con el conocimiento y disponibilidad de información y estudios hidrometeorológicos, ya que estas obras por sus carácterísticas y magnitud deben contar con las condiciones de seguridad y economía, por lo que los proyectistas y especialistas deben considerar todos los recursos técnicos y económicos y tomar las precauciones, especialmente en la selección y aplicación de la información hidrológica y meteorológica que se requiere, especialmente en zonas donde ésta es insuficiente. Consciente de la importancia que tiene la información hidrometeorológica y que es necesario efectuar estudios de base para el diseño de obras hidráulicas tales como: drenaje vial (puentes, alcantarillas, cunetas, sumideros, resaltos, etc.), drenaje urbano, piscinas de tratamiento de vertidos en la industria petrolera y minera, piscinas camaroneras, vertederos de excesos en embalses y canales de conducción, el INAMHI ha considerado oportuno y necesario actualizar el Estudio de Intensidades que fue elaborado en el año de 1980. El presente estudio realizado por técnicos especializados del Departamento de Hidrometría, Diseño y Fiscalización, contiene información relacionada al cálculo y trazado de las curvas de intensidad, duración y frecuencia de las precipitaciones con sus respectivas ecuaciones, a3Í como su ajuste estadístico para diferentes períodos de retomo, definición de una ley que nos permita generar esta información en lugares donde no se cuenta con datos de pluviógrafo, sino solo de pluviómetro. Como las ecuaciones representativas de cada zona están en función de la máxima en 24h00 obtenida de los pluviómetros seleccionados para todo el país, se han elaborado mapas de isolíneas para varios períodos de retomo. Ponemos a consideración de los usuarios este trabajo que será de gran beneficio tanto para Instituciones Públicas o Privadas.

Ing. Nelson Salazar Delgado DIRECTOR EJECUTIVO DEL INAMlll

Quito, agosto de 1999

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CURVAS DE INTENSIDAD DURACION DE ESTACIONES METEOROLOGICAS GRAFICOS N' 1 CODJGO

ESTACION

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La Tola Izobamba Rumipamba Portoviejo Pichilingue Nuevo Rocafuerte El Puyo Atuntaqui Tabacundo Olmedo Iñaquito La Concordia Puerto Ila Santo Domingo Baños San Simón Cañar Santa Isabel Loja La Argelia Isabel María Milagro Manuel J. Calle Bucay Pasaje Babahoyo lbarra Guayaquil Aeropuerto Riobamba Aeropuerto Esmeraldas Tulcán Pastaza Latacunga Macará Ambato

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CURVAS DE INTENSIDAD DURACION DE ESTACIONES METEOROLOGICAS

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Cuenca Aeropuerto Tiputini Aeropuerto Machala Aeropuerto Taura Manta Aeropuerto Sucúa Otavalo Cahuasquí Cotopaxi San Pablo de Atenas Paute Gualaceo El Labrado Saraguro Cariamanga Celica La Naranja Chone Jama Julcuy Zaruma Machala UTM Pisayambo San Lorenzo La Clementina La Chorrera Tandapi Cuenca Ricaurte Km 20. Vía Puyo - Arajuno EIPangui Quito Universidad

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CURVAS DE INTENSIDAD DURACION DE ZONAS DETERMINADAS

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Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 5 Zona 6 Zona 7 Zona 8 Zona 9 Zona 10 Zona 11 Zona 12 Zona 13 Zona 14 Zona 15 Zona 16 Zona 17 Zona 18 Zona 19 Zona 20 Zona 21 Zona22 Zona 23 Zona 24 Zona25 Zona 26 Zona27 Zona28 Zona29 Zona 30 Zona 31 Zona 32 Zona 33 Zona34 Zona 35

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l.

ANALISIS DE LLUVIAS lNTENSAS

1. 1.

INTRODUCCJON El diseño y construcción de obras de drenaje, sistemas de canalización urbano y rural, se va convirtiendo en un problema de ingeniería cada vez más complejo de solucionarlo, debido a varios factores entre los que cabe mencionar: la expansión de las ciudades y poblaciones, el aumento de industrias y por consiguiente el incremento de materias residuales, el progresivo asfaltado de calles y can-eteras que disminuyen constantemente la capacidad de infiltración del suelo, aumenta.'1do por consiguiente el volumen de escurrimiento supedlcial de las precipitaciones que deben ser evacuadas por sistemas de drenajes convenientemente concebidos. Por consiguiente, para la utilización práctica de los datos de lluvias en los diferentes campos de la ingeniería, es necesario conocer la estrecha relación existente entre las cuatro característi~s fundamentales de las precipitaciones: intensidad, duración, frecuencia y distribución. El conocimiento sobre la distribución superficial de las precipitaciones se obtiene de un análisis regional de los datos registrados en las diversas estaciones pluviográficas o de las cantidades de lluvia medidas en los pluviómetros en intervalos de tiempo, instrumentos que con este objeto se han instalado en nuestro país. Si se considera el elevado costo que significa la construcción y dimensionamiento de las obras de drenaje mencionados, se desprende la importancia de contar eón un análisis exhaustivo de las intensidades, fi"ecuencias y duración de las precipitaciones para períodos de observaciones lo más amplios posibles; es decir, poder disponer de datos estadísticos suficientemente confiables. El presente trabajo es un esfuerzo del INAMlll y particularmente del Departamento de Hidrometría, Diseño y Fiscalización, con el objeto de entregar a las entidades públ icas y privadas de la ejecución de obras de infraestructura, información confiable y oportuna. Los procedimientos estadísticos empieados para el ajuste y extrapolación de valores máximos están descritos, en los Paquetes Estadísticos FLOOD y SAF ARHY, desarrollados por la Universidad de Chihuahua México y la ORSTOM de Francia respectivamente. Este análisis se efectuó con la información de 65 estaciones pluviográficas y 113 pluviométricas distribuidas en todo el territorio nacional.

1.2.

VARIACION DE LA INTENSIDAD CON LA DURACION Los datos sobre intensidad de precipitación son obtenidos de los registros pluviográficos denominados pluviogramas o diagramas de precipitación acumulada a lo largo del tiempo, correspondiendo a 24 horas de registro continuo y a una altura equivalente a 1O mm. de precipitación.

2

De estos gráficos se puede establecer para diversas duraciones, las intensidades máximas ocurridas durante una lluvia dada, sin que necesariamente las duraciones mayores deban incluir a las menores, las duraciones usuales son de: 5, 10, 15 y 30 minutos y 1, 2, 6, 12 y 24h00. Los límites de duración están fijados en 5 minutos y 24 horas, ya que 5 minutos representa el menor intervalo que se puede leer en los registros pluviográficos, con precisión adecuada y, 24 horas porque para duraciones mayores pueden ser utilizados datos observados en los pluviómetros. El número. de intervalos de duración citado, provee puntos suficientes para definir curvas de intensidad, duración de precipitación referentes a diferentes frecuencias de ocurrencta.

1.3.

VARIACION DE LA INTENSIDAD CON LA FRECUENCIA

-

En los estudios hidrológicos en general, interesa no solamente el conocimiento de las máximas precipitaciones observadas en las series históricas1 sino principalmente prever con base en los datos observados y valiéndose del principio de probabilidades cuáles serán las máximás precipitaciones que pueden ocurrir en cierta localidad con determinada frecuencia. Las series de máximas intensidades pluviométricas observadas, pueden estar constituidas por los valores más altos observados en cada año (series anuales) o, por n mayores registrados en el período total de observación (series parciales), siendo n el número de años del período consjderado. Las series anuales tienen como término de distribución en el tiempo al año, en tanto que las series parciales tienen como término de distribución la magnitud de los valores extremos. Cuando nos iñteresa principalmente analizar los valores de intensidad extremas, se eligen las series máximas anuales, esto es, para una duración dada se escoge la máxima intensidad observada en cada año hidrológico; las series anuales se revelan poco significativas, por tanto son definidas en términos de ocurrencia en vez de su magnitud.

1.4.

AJUSTE ESTADISTICO Para la determinación de valores máximos de intensidades para varios períodos de retomo se utilizó los paquetes Estadísticos FLOOD y SAFARHY y específicamente las leyes de distribución: Normal, Log Normal, Gama de Dos y Tres Parámetros, Log Pearson TYPE ill, TYPE 1 de Fisher - Tippett o de Gumbel. Los valores máximos seleccionados fueron para la ley que mayor ajuste se consiguió en función del Error Estándar de las series.

1.5.

ESTUDIO DE INTENSIDADES Para la presente actualización del Estudio de Intensidades se consideró la información de 65 estaciones pluviográficas que cuentan con registros de predpitacibnes máximas para 5, 10, 15, 30, 60, 120, 360 y 1440 minutos y 113 estaciOnes pluviométricas con información de máximas en 24 horas para el período 1964 - 1998. Cuadros N 1 y N 2.

3

Obtenidas las precipitaciones máximas para varias duraciones y períodos de retomo, estas se pusieron en función de la intensidad máxima en 24 horas para el trazado y ajuste de las curvas de intensidades representado con la siguiente ecuación: ECUACION TIPO

ECUACION EN FUNCION DE Id

Donde: Intensidad de precipitación par cualquier período de retomo en mm/h. = Intensidad diaria para un período de retomo dado en mm/h. = Período de retomo = Tiempo de duración de la lluvia en minutos , = Constantes de ajuste determinado aplicando mínimos cuadrados. =

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En los Gráficos N' 1 se presentan las ecuaciones representativas de las 65 estaciones meteorológicas que cuentan con información pluviográfica y en los Cuadros N' 3 un resumen de las respectivas ecuaciones de intensidades.

1.6.

ZONIFICACION DE INTENSIDADES La caracterización pluviográfica del país es uno de los aspectos más importantes para el diseño de obras de drenaje, por lo que el INA.Mlll ha considerado necesario y oportuno actualizar los estudios de intensidades existentes, con la información pluviográfica y pluviométrica disponible se determinó nuevas ecuaciones para las 35 zonas características que se han considerado en el país.

La metodología seguida para la zonificación de las intensidades . de lluvia fue la siguiente: Se realizó un estudio oomparativo de los datos de intensidades obtenidos de los pluviógrafos y pluviómetros de 178 estaciones meteorológicas representativas del país, determinándose una correspondencia entre los valores de intensidades de lluvias extraordinarias y de las precipitaciones máximas en 24 horas, con la finalidad de que si conocemos este último valor en cualquier lugar del país, se obtenga la intensidad correspondiente para el diseño de una obra hidráulica con la ecuación determinada para la zona. Por lo tanto, con las observaciones diarias de precipitación

4

máxima en 24 horas, obtenidas de estaciones pluviométricas, es factible detenninar la intensidad de las lluvias que debieron originarlas y su ecuación respectiva; para lo cual se comprobó experimentalmente que todas las curvas de una misma estación relacionadas a los diferentes períodos de retomo (TR) son afines, es decir solo se diferencian en la escala de las intensidades ( I ) y por tanto se puede reducir a una ley única adimensional, si los valores de cada curva se expresan en porcentaje del correspondiente a una duración dada, y que se elige como referencia. Esa ley gracias a su carácter adimensional, es independiente de los valores absolutos de lluvia, Jo cual nos permite aplicar a cualquier período de retomo y extrapolar a lugares donde no es posible obtener valores de intensidad directamente por carecer de información pluviográfica. Para la extrapolación de lluvias intensas se ha elegido como valor de referencia la intensidad diaria Id = Pd/24, puesto que éste dato es el más fácilmente conocible en la generalidad de los casos. La ley adimensioanal es: I/Id = f (D), siendo D la duración de la lluvia, ésta ley es caracteristica de cada estación y función de la distribución temporal de sus torrenciales tipo, cuya variación no es considerable en el caso de estaciones ubicadas en zonas con características climáticas homogéneas y por tanto, el cociente I!Id varia dentro de límites muy pequeños ( 5 a 100/o) y es muy probable qpe ésta variación sea mínima si la curva de ll'f.lvias torrenciales estuvi~ra detenninaC;

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