CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA

1. CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA Gerardo Riccardi, Erik Zimmermann, Pedro Basile, Hernán Stenta y Carlos Scuderi Departamento de Hidráulica y Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura, Universidad Nacional de Rosario (2000) Rosario, Argentina. Telefax: 0341 4808541. E-mail: riccardi@fceia.unr.edu.ar III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS ROSARIO, DICIEMBRE 2011

2. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA ULTIMA AFECTACIÓN POR INUNDACIONES MARZO DE 2007 Población afectada directamente: 5000 habitantes Población con riesgo cierto de inundación: 20000 habitantes Nivel máximo en viviendas: 1.20 – 1.50 m Permanencia de la inundación: 3 – 7 días

3. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA INTRODUCCIÓN (i) En el diseño de estructuras hidráulicas para protección ante inundaciones como así también en el desarrollo de medidas no estructurales, es de importancia la consideración de tormentas extremas de larga duración. En cuencas hidrográficas de la región de Rosario, con áreas superiores a los 400 km2, se comprueba que las tormentas de larga duración (2 a 5 días) resultan ser las críticas al evaluar caudales y niveles máximos como así también permanencia de niveles. En vistas a aportar a la descripción de tormentas “largas”, se presenta un abordaje sobre la determinación de las características de la distribución temporal de tormentas de larga duración, analizadas en forma puntual en estaciones de la pampa ondulada en un área de aproximadamente 100000 km2. La variable considerada se trata del acumulado de lámina en un agrupamiento de 5 días continuos, superior a un cierto umbral fijado en 100 mm y distribución temporal. Al momento se han utilizado datos provenientes de la red del Servicio Meteorológico Nacional en 6 estaciones de la región y 1 estación del AE INTA.

4. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA Los valores medios anuales de las estaciones están en el rango de los 890 mm al oeste hasta 1100 mm al este y al norte. Los resultados son presentados en la forma de familias de curvas clasificadas en lluvias con máximo en 1er, 2do, 3er. ,4to y 5to día. Las distribuciones temporales son expresadas como porcentajes acumulados de la lluvia total y para cada uno de los 5 días de duración del evento lluvioso. Las curvas individuales determinadas en cada estación y para cada día de la duración del evento, proveen información para la estimación de las características de la distribución temporal en la forma de probabilidad de excedencia en un rango entre 10% a 90%. Si bien puede considerarse que la curva con mayor utilidad y representatividad es la curva media, las curvas asociadas a probabilidades de excedencia de 10% y 90% son útiles para estimaciones de escurrimiento en los tipos más extremos de distribuciones temporales. El análisis no involucró aspectos de la distribución subdiaria de la precipitación. INTRODUCCIÓN (ii)

5. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA ANTECEDENTES (i) DiversosautorescomoHershfield (1962), Huff(1967) entre otros, describieron la distribución temporal interna de tormentasintensasmediante la distribuciónporcentual de láminaacumulada en función del porcentajeacumulado de duración. Huff (1967, 1990) desarrolló un métodoparadeterminar la distribuciónporcentualacumulada del total de lámina en función del porcentaje de duración. Clasificólastormentas en 4 grupos de acuerdo al tiempo de presentación del barrotemáximo (Estado de Illinois). Keifer y Chu (1957) plantearondistribuciones a partir de la ubicación temporal de la máximaintensidadinstantánea y sudecaimiento en función de la IDR. Fuedesarrolladooriginalmenteparacuencasurbanas. Unavariantediscreta: bloquesalternos Pilgrim, Cordery y French (1969) ; Pilgrim y Cordery (1975) desarrollaron un métodoampliamienteutilizado en Australia. Se basa en el ordenamientoporintervalos y el promediado de los porcentajesacumulados de igualnúmero de orden.

6. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA ANTECEDENTES (ii) Eagleson (1970) señaló que para determinadas condiciones climáticas , las tormentas de una escala dada (micro, meso o escala sinóptica) presentan una distribución temporal similar cuando se las normaliza respecto a la lámina de precipitación total y a la duración. Koutsoyiannis and Foufoula-Georgiou (1993) propusieron un modelo sencillo de escalado para caracterizar la distribución temporal de la intensidad y la lámina instantánea incremental en un evento de tormenta. Según Gupta y Waymire (1991), un proceso natural cumple con la propiedad de escalado simple, si la distribución de probabilidad de una variable física en una escala es idéntica a la distribución a otra escala, multiplicado por un factor que es una función de potencia de la relación de las dos escalas. Dasso y Garcia (2003) propusieron un procedimiento de distribución temporal interna basados en los Intervalos de Máxima Intensidad Anual (IMA) (Caamaño Nelli, Garcia y Dasso, 1999), donde los hietogramas coinciden conceptual y temporalmente con la lámina a distribuir y reflejan de manera más verosímil los patrones históricos.

7. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA ZONA DE ESTUDIO Estaciones Período Lluvia media anual en período de estudio

8. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA • LA VARIABLE ESTUDIADA • Agrupamientos de 5 días consecutivos con un valor de acumulado P5d  100m (150 y 200mm) • 1er día con lluvia no nula • Clasificación según el día de presentación del día con mayor precipitación • Distribución del porcentual acumulado al 1er, 2do, 3er, 4to y 5to día

9. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA CANTIDAD DE EVENTOS P 5D  100mm P 5D  150mm P 5D  200mm

10. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA VALORES MÁXIMOS DE LA VARIABLE P5d al 2008

11. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA SECUENCIA TEMPORAL P5d a 2008 Promedio de cantidad de eventos/año P5d  100mm

12. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA SECUENCIA TEMPORAL P5d a 2008 Promedio de cantidad de eventos/año/estación Promedio bianual de Eventos/año/estación

13. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA CLASIFICACIÓN DE EVENTOS SEGÚN EL DIA DE MÁXIMA LLUVIA P5d  100 mm

14. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA PROMEDIO CLASIFICACIÓN DE EVENTOS SEGÚN EL DIA DE MÁXIMA LLUVIA P5d  100 mm, 150 mm y 200 mm

15. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA PROMEDIO CLASIFICACIÓN DE EVENTOS SEGÚN EL DIA DE MÁXIMA LLUVIA y con corte 1er dia > 0 , 5 y 10 mm

16. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA METODOLOGIA USADAS PARA DEFINICIÓN DE DISTRIBUCIÓN TEMPORAL • Metodología de Huff en su forma original (distribuciones empíricas de frecuencia acumulada) • Variante de (i) considerando una función de distribución de probabilidad en lugar de distribuciones empíricas • Metodología de Pilgrim

17. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA DISTRIBUCIÓN TEMPORAL INTERNA DE LA LLUVIA DENTRO DEL AGRUPAMIENTO DE 5 DÍAS

18. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA DISTRIBUCIÓN TEMPORAL INTERNA DE LA LLUVIA DENTRO DEL AGRUPAMIENTO DE 5 DÍAS 37.5% 17.31% 18.27% 12.5% 14.42%

19. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA COMPARACIÓN METODOLOGÍAS DE LLUVIAS CON MAXIMO EL 1ER. DIA

20. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA COMPARACIÓN ENTRE DISTRIBUCIONES 50% EN TODAS LAS ESTACIONES Error Absoluto Max. (en%) a la distribución promedio: D1: 6.7% D2: 5.5% D3: -10% D4: 16% D5: 10.5%

21. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA ACUMULADOS DE LAS 2 LLUVIAS EXTREMAS OBSERVADAS Y DE HIETOGRAMA DISEÑO CONSIDERADO EN CUENCA LUDUEÑA

22. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA HIETOGRAMAS DE DISEÑO POSIBLES CUENCA ARROYO LUDUEÑA

23. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA CONCLUSIONES Y CONSIDERACIONES PARA DEBATE (i) • En el 57% de las tormentas los días con máxima precipitación son el 1er o el 2do día, en tanto que en el resto la presencia del mayor día de precipitación se reparte aproximadamente en forma uniforme entre el 3er, 4to y 5to día. • Se verifica que el valor medio de la relación porcentual entre los valores de cada día y la precipitación total son de 36%; 21%; 15%; 13% 15% desde el 1er. al 5to día respectivamente. • Si bien se trata de agrupamientos de días con lluvias y no tormentas en el sentido propiamente dicho, las distribuciones temporales muestran una cierta similitud con patrones normalizados de tormentas de corta duración. • La distribución de valores extremos tipo I (Gumbel) resultó apta en más del 90% de las distribuciones modeladas ( = 0.05) al compararse con las distribuciones empíricas del método de Huff (1967). • Esta variante del método de Huff se comporta en forma razonable para la determinación de la función de distribución acumulada de la lámina.

24. III TALLER SOBRE REGIONALIZACIÓN DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS, ROSARIO, DICIEMBRE 2011 CARACTERIZACIÓN DE LLUVIAS MÁXIMAS DE 5 DÍAS DE DURACIÓN EN LA PAMPA HÚMEDA CONCLUSIONES Y CONSIDERACIONES PARA DEBATE (ii) • Al componer un hietograma de diseño, el valor porcentual de lámina en el mayor barrote según bloque alterno, Pilgrim o variante de Huff da como resultado valores semejantes en el orden de 60% ± 3%. Pilgrim estimaporencima el 2do. máximo. • En el caso particular de la rehidrología en la cuenca del arroyo Ludueña, la tormenta de diseñoadoptada a partir del planteo de bloquealterno con máximo en el 3er día, ha coincidido con la distribución 50% de tormentas con máximo en 3er día. • Desde el punto de vista del diseñohidrológico, al combinar la probabilidad de presentación del máximo en un determinadodía y la distribuciónacumulada de la lámina, se generan un grupo de tormentas “equiprobables” lascualesdeberían ser todascombinadas con lascondicionesantecedentesadoptadas y consideradas en la transformaciónlluvia-caudal. • Las relaciones determinadas pueden ser empleadas tanto para el diseño hidrológico como para la validación de las obras estructurales y medidas no estructurales proyectadas para la protección de la población ante inundaciones.

25. Muchas gracias por la atención Departamento de Hidráulica y Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura, Universidad Nacional de Rosario (2000) Rosario, Argentina. Telefax: 0341 4808541. E-mail: riccardi@fceia.unr.edu.ar