Hidrología 03 Precipitación

División de Ingenierías
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Hidrología
Augusto Sisa Camargo
Hidrología
Parte 3
https://www.flickr.com/photos/internetarchivebookimages/14781906511/in/photostream/
Agua Atmosférica
http://www.thescientificcartoonist.com/?p=198
1
Hidrología
Atmósfera
• Aire Seco (99%)
• N2 (78%)
• O2 (21%)
• Argón (0.93%) CO2 (0.033%)
• Vapor de Agua (Variable y alcanza hasta en un 4%)
• Películas sólidas en suspensión
http://www.cliffsnotes.com/study_guide/Moisture-in-the-Atmosphere.topicArticleId-24060,articleId-24054.html
2
Hidrología
Capas de la atmosfera
• Troposfera • Termosfera (ionosfera)
• Desde 0 a 10 o 15 km • Desde 80 o 90 km a 640 km
• ¾ de la masa total • Ionización por radiación UV
• Vapor de agua • Propagación de radio
• eventos meteorológicos • La temperatura puede ser muy
• Tropopausa muy estable alta
• Incluye la magnetósfera
• Estratosfera (protección viento solar)
• Desde 10 o 15 km a 45 o 50 km • Auroras
• Contiene el O3 (intervalo de 30 a
40 km) • Línea de Kármán:
• Vientos con altas velocidades • Aproximadamente a 100 km
• Inicio del espacio exterior
• Mesosfera
• Desde 50 km a 80 km • Exosfera
• Detiene muchos de los meteoritos • Desde 600 o 800 km a 9000 o
que llegan a la tierra 10000 km
• 0.1% de la masa total • La mayor parte es hidrogeno
von Kármán
• Línea de Kármán
• El efecto de las fuerzas de
sustentación de la atmosfera
deja de ser representativo
• Límite entre aerodinámica y
astronáutica
• El abogado Andrew Haley,
definió con base en esta altura
la jurisdicción de cada país
• Perfiles de velocidad en
fluidos
Theodore von Kármán 𝑣∗ 1
Físico, matemático e 𝑣(𝑧) = ln
ingeniero aeroespacial 𝑘 𝑧0
Hungría, Alemania, EEUUA 𝜏𝑤
1881 - 1963 𝑣∗ =
𝜌
3
Hidrología
Condord
50000 a 60000 ft
Alturas 18 km
11 km
8848 m
Pico Cristóbal Colón

SNSM
5775m 19000 ft
3 km
4
Hidrología
Alturas
• Red Bull Stratos
• Felix Baumgartner
• Joseph Kittinger
• Altura 39000 m
• Records:
• Romper la barrera del
sonido sin vehículo
• Vuelo más alto
• Salto más alto
http://www.redbullstratos.com/
Red Bull Stratos

Felix Baumgartner
• 2012-10-14
• Salto desde la estratosfera
desde 39000 m ( 128 000
pies)
• Duración 10 minutos
• Equipo de cerca de 100
personas
• Velocidad 1358 km/h
• Temperatura mínima -71°C
http://www.redbullstratos.com/
http://www.redbullstratos.com/the-mission/mission-timeline/
https://www.youtube.com/watch?v=dYw4meRWGd4 (Go Pro)
https://www.youtube.com/watch?v=vvbN-cWe0A0 (Oficial)
5
Hidrología
Alturas
• Estación espacial • Landsat 8 (705 km)
Internacional
• (400 km, 27000 km/hr)
Editores Wikipedia
• GOES 13 (35000 km)
• World View 2 (770km)
http://www.satimagingcorp.com/satellite-sensors/worldview-2/
Circulación Atmosférica
Planeta que no rota
6
Hidrología
Circulación Atmosférica
Planeta que rota
Vientos Alisios (Trade winds)
7
Hidrología
Rosa de vientos (Aeropuerto

Cortissoz)
IDEAM Mapa de viento

UPME
Universidad del Norte
Editores Open Street Map
8
Hidrología
Corrientes oceanicas
Enlace el Niño
El niño 2
Editores Wikipedia
Mapa de corrientes 1943
9
Hidrología
Detalle
• Pronostico del CIOH: Altura y dirección de ola
https://www.cioh.org.co/meteorologia/CaribWan.php
10
Hidrología
Tubería del emisario de aguas

residuales Cartagena
El Universal
$60 mil millones 2011- 02-27
Emisario de Cartagena
Aguas de Cartagena
Sociedad Aguas de Barcelona
Suez Environnement
11
Hidrología
Presión Atmosférica
• Presión por efecto del aire y sus componentes
• Ley de las presiones parciales (Ley de Dalton)
• No hay reacción
• Cada gas ocupara todo el volumen
𝑅𝑇
𝑃= 𝑃𝑖 = 𝑛𝑖
𝑉
• Componentes:
• Aire Seco (99%)
• N2 (78%)
• O2 (21%)
• Argón (0.93%) CO2 (0.033%)
• Vapor de Agua
Variable y alcanza hasta en un 4% Jhon Dalton
Reino Unido
1766 - 1844
Presión Atmosférica (Unidades = ?)
12
Hidrología
Presión Atmosférica y altura

𝐻
𝑃 = 𝑃0 − 0.02667
70
Presión en superficie en pascales
P: Presión [atmosferas]
P0: Presión atmosférica a nivel
del mar [atmósferas]
H: Elevación [pies]
Thomman y Muller 1987
𝑃 = 𝑃0 𝑏𝑝 𝑃0 = 101325 𝑃𝑎
𝐿𝐻 𝐾
𝑏 =1− 𝐿 = 0.0065
𝑇0 𝑚
𝑔𝑀 𝐽
𝑝= 𝐶𝑝 = 1007
𝑅0 𝐿 𝑘𝑔 𝐾
𝑇0 = 288.15 𝐾 15 °𝐶
P: Presión [pascales] 𝑘𝑔
𝑀 = 0.0289644
H: Elevación [m] 𝑚𝑜𝑙
𝐽
𝑅0 = 8.31447 𝑚𝑜𝑙 𝐾
Editores Wikipedia 2014
Presión Atmosférica y altura
𝑑𝑃 𝑃
= −𝜌𝑎 𝑔 = − 𝑔
𝑑𝑧 𝑅𝑎 𝑇
𝛼 ⋅ 𝑑𝑧 = 𝑑𝑇 𝑔
𝑇2 𝛼𝑅𝑎
𝑃2 = 𝑃1
𝑇1
𝛼 : Tasa de disminución de la temperatura con la altura [K/m]
𝐽
𝑅𝑎 : Constante del gas aire húmedo 𝑘𝑔 𝐾
g: Gravedad
𝑇𝑖 : Temperatura a la altura i [K]
𝑃𝑖 : Presión a la altura i [Pa]
13
Hidrología
Diferencias de ecuaciones
𝐻
𝑃 = 𝑃0 − 0.02667
70
P: Presión [atmosferas]
P0: Presión atmosférica a nivel
del mar [atmósferas]
H: Elevación [pies]
Thomman y Muller 1987
𝑃0 = 101325 𝑃𝑎
𝑃 = 𝑃0 𝑏𝑝 𝐾
𝐿𝐻 𝐿 = 0.0065
𝑚
𝑏 =1− 𝐽
𝑇0 𝐶𝑝 = 1007
𝑔𝑀 𝑘𝑔 𝐾
𝑝= 𝑇0 = 288.15 𝐾 15 °𝐶
𝑅0 𝐿
𝑘𝑔
𝑀 = 0.0289644
P: Presión [pascales] 𝑚𝑜𝑙
𝐽
H: Elevación [m] 𝑅0 = 8.31447 𝑚𝑜𝑙 𝐾
Editores Wikipedia 2017
Presión y precipitación
Barómetro
14
Hidrología
http://sailandtrip.com/presion-atmosferica/
Viento mistral (Mediterráneo)

• Velocidades de 100 a 200 km/h
15
Hidrología
Alta de azores,
NAO Oscilación del Atlántico Norte
Uninorte
16
Hidrología
Presión de vapor de saturación:

• Es la presión de vapor correspondiente para que a
una temperatura de aire dada, exista un máximo
contenido de humedad que el aire puede tener. A
esta presión de vapor la tasa de evaporación y
condensación son iguales.
17.27𝑇 17.27𝑇 3840.70 216967

𝑒𝑠 = 611 exp = 611𝑒 237.3+𝑇 𝑒𝑠 = exp 11.8571 − −
237.3 + 𝑇 𝑇𝑎 𝑇𝑎2
Ecuación de Tetens
es : Presión de vapor [Pascales] es : Presión de vapor [atmosferas]
T: Temperatura [Centígrados] Ta: Temperatura absoluta [K]
(Raudkivi, 1979) (Chow 1994) (Muller 1987)
Diferencias de ecuaciones
3840.70 216967
𝑃𝑤𝑣 = 𝑒𝑠 = exp 11.8571 − −
𝑇𝑎 𝑇𝑎2
es : Presión de vapor [atmosferas]
Ta: Temperatura absoluta [K]
(Muller 1987)
17.27𝑇
𝑒𝑠 = 611 exp
237.3 + 𝑇
es : Presión de vapor [Pascales]

T: Temperatura [Centígrados]
(Raudkivi, 1979) (Chow 1994)
17
Hidrología
Humedad Atmosférica
• Contenido de Humedad en el aire.
• Una de las Fuentes de precipitación
• Ley de las presiones parciales.
𝑅𝑇
𝑃= 𝑃𝑖 = 𝑛𝑖
𝑉
Humedad absoluta.
• Contenido de agua en la masa de aire
• HA Kg/m3
18
Hidrología
Humedad Relativa
• Es la relación porcentual entre la cantidad de
humedad en un espacio dado y la cantidad que ese
volumen podría contener si estuviera saturado.
Psicrometro
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Psicrometro.jpg
Humedad relativa
• Matemáticamente
𝑒
𝑅ℎ =
𝑒𝑆
19
Hidrología
Temperatura de punto de rocío

• Es la T° a la cual un espacio se satura al enfriar el
aire a presión constante (isobarico) y con un
contenido de vapor de agua constante.
Humedad relativa
http://www.meted.ucar.edu/fire/s290/unit5/media/graphics/all_bulb.jpg
20
Hidrología
Punto de Rocio
http://www.meted.ucar.edu/fire/s290/unit5/media/graphics/all_bulb.jpg
Humedad
http://people.cas.sc.edu/carbone/modules/mods4car/moisture/moisture.html
21
Hidrología
Up to 29 C° No discomfort
From 30 to 34 C° Slight discomfort sensation
From 35 to 39 C° Strong discomfort. Caution: limit the heaviest physical activities
Humidex From 40 to 45 C°
From 46 to 53 C°
Over 54 C°
Strong indisposition sensation. Danger: avoid efforts
Serious danger: stop all physical activities
Death danger: imminent heatstroke
Augusto Sisa 44
Up to 21 No discomfort
From 21 to 24 Less than half population feels discomfort
From 25 to 27 More than half population feels discomfort
Most population feels discomfort and deterioration of
From 28 to 29 psychophysical conditions
Thoms From 30 to 32
Over 32
The whole population feels an heavy discomfort
Sanitary emergency due to the the very strong discomfort which
may cause heatstrokes
Augusto Sisa 45
22
Hidrología
Sauna y baños turcos en las

culturas del mundo
• Saunas en Finlandia
• Ver juegos de hockey desde
una sauna
• http://www.bbc.com/news/
magazine-24328773
• Campeonato de 2009
• https://www.youtube.com/
watch?v=bx0Q-sSk7M0
Sauna y baños turcos en las

culturas del mundo
• World Sauna Championships
• https://en.wikipedia.org/wik
i/World_Sauna_Championsh
ips
• Finlandia:
• http://www.elmundo.es/elm
undo/2010/08/08/internaci
onal/1281253073.html
23
Hidrología
Presión de Vapor de Agua

• De los gases ideales el vapor de agua ejerce una
presión e
e   v RvT PV  nRT
• En el aire húmedo una parte es vapor de agua y
otra aire seco
J
p  e   d Rd T Rd  287
Kg  K
a  d  v
Constante del gas

• Constante del gas vapor de agua
Rd
Rv 
0.622
J
Rd  287
Kg  K
• 0.622 Es la relación entre el peso molecular del
vapor de agua y el peso molecular promedio del
aire seco
24
Hidrología
Presión de Vapor de Agua

y Aire Húmedo
• Reuniendo las expresiones
p  e   d Rd T
p  e   d Rd T
e   v RvT p   v RvT   d Rd T
Rd
p  e   d Rd T p  v T   d Rd T
0.622
  
p   v   d  Rd T
 0.622 
Humedad Especifica (Aire seco)

• Es la relación entre la masa de vapor de agua y la
masa de aire seco
e 0.622e
 RT Rd 0.622e
q v  v  
d p  e pe pe
Rd T Rd
25
Hidrología
Humedad Especifica (Aire

Húmedo)
• Es la relación entre la masa de vapor de agua y la
masa de aire húmedo
e 0.622e
 RT Rd e
q v  v   0.622
a p p p
RaT Ra
Ra  Rd 1 0.608qv 
Humedad específica
• Es igual a la relación entre las densidades del vapor
de agua y el aire húmedo
Comparación de cálculo de qv
0.03
Aproximada

Exacta
qv  v
0.025
q (Kg agua / Kg aire humedo)
a 0.02
0.015
e
v
q  0.622
0.01
p 0.005
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
e (Pa)
26
Hidrología
Humedad (Características)
• La humedad tiende a decrecer con la altitud
• La humedad relativa tiende a aumentar con la T°
• La humedad atmosférica es máxima sobre los
océanos y decrece al avanzar en tierra
• La humedad decrece al bajar la T°
La humedad es máxima en verano y mínima en
invierno (Estaciones)
• Contrario con la HR
Humedad Relativa Del Aire
27
Hidrología
Barranquilla
https://www.cioh.org.co/meteorologia/Climatologia/ResumenBarranquilla4.php
Uninorte
28
Hidrología
Ejercicios
• La estación de la Universidad del Norte registra los
siguientes parámetros.
– Presión de aire 101.kPA
– T° = 25°C
– T°punto de rocio = 20°C
– Determine la presión de vapor

– Humedad relativa
– Humedad especifica
– Densidad del aire
Solución ejercicio
• Ecuaciones Rv 
Rd
0.622
 17.27T 
es  611 exp  R  287
J
 237.3  T  Kg  K
d
e
Rh 
es R airehumedo  R aire sec o 1  0.608q v 
e
q  0.622 P
p a 
R aT
29
Hidrología
Solución ejercicio
• Datos
• La presión de vapor saturado es :
• es = 2598 Pa (A la T = 25)
• La presión de vapor real es:
• e = 1984 Pa ( A la T° del punto de rocio = 20)
• Humedad relativa
• Rh = 1984/2598 = 0.76
Solución ejercicio
• Datos
• La humedad especifica
• qv = 0.622*1984/(101100) = 0.012
• La constante del gas Ra es:
• Ra = 287*(1+0.608 qv) = 289 J /(Kg K)
• La densidad del aire es
• a=101 000 / (289 * 298) = 1.17 kg / m3
30
Hidrología
Fontus
• Fuente de agua para
ciclistas
http://www.diegocm.com/2014/11/fontus-la-botella-de-agua-que-nunca-se.html
Torre de bambú: Proyecto WARKA

• Torre de 10 metros
• Etiopia
• Una torre produce 100
L/día
http://www.eltiempo.com/estilo-de-vida/ciencia/warka-water-el-proyecto-para-darle-agua-
a-la-guajira/16517513
31
Hidrología
Captanieblas Chile
• Captan el agua de la
neblina
• Entre 20 a 140 L/día
Frailejones
• Parque Sumapaz
Sisa 2016
32
Hidrología
Agua precipitable
(TPW: Total precipitable water)
• Masa de agua en el aire en un diferencial de la
atmosfera de altura 𝑑𝑧
𝑑𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧
𝑑𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑧2
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑧1
Ejercicio
• Presión atmosférica a nivel del mar: 101300 Pa
• Temperatura aire superficial: 30°C
• Tasa de cambio de temperatura:
• 0.65°C/100 m
• 6.5°C/km
• Columna de la troposfera 10km
𝑧2

𝑧1
33
Hidrología
Solución ejercicio
𝑧2

𝑧1
𝑧2=10000
𝑒 𝑃
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝐴 0.622 𝑑𝑧
𝑃 𝑅𝑎 𝑇
𝑧1=0
𝑔
𝑇2 𝛼𝑅𝑎
𝑃2 = 𝑃1 𝑇2 = 𝑇1 − 𝛼 𝑧2 − 𝑧1
𝑇1
𝑒 𝑃 𝑒
𝑞 = 0.622 𝜌𝑎 = 𝑅𝑎 = 𝑅𝑑 1 + 0.608 𝑞 = 𝑅𝑑 1 + 0.608 ∗ 0.622
𝑃 𝑅𝑎 𝑇 𝑃
Precipitación
Física
34
Hidrología
Fenómeno de
Precipitación
¿Qué es la precipitación?
• Como precipitación se conocen todas las formas de
humedad que caen a la tierra, provenientes de las
nubes, como agua, nieve y hielo.
• La precipitación constituye la entrada primordial
del sistema hidrológico y es el factor principal que
controla la hidrología de una región.
35
Hidrología
¿Para qué analizar la

precipitación?
• Es esencial para entender procesos como:
– La variación de la humedad del suelo
– Recarga de acuíferos, y
– caudal en los ríos.
• El estudio de la precipitaciones entonces de capital
importancia para los hidrólogos
• Para determinar la magnitud de eventos en el
diseño de obras de ingeniería
• Analizar la respuesta de una cuenca
Respuesta Hidrológica de una Cuenca
• La respuesta hidrológica de una cuenca es la

distribución del caudal en el tiempo (salida) dado
un evento de precipitación (entrada) y producto de
los procesos internos del sistema.
Precipitación (mm/hr) (Entrada) Caudal (m3/s) (Salida)
Hidrograma
Hietograma
Procesos
36
Hidrología
¿cómo se forma la precipitación?

• Enfriamiento de una masa por debajo del punto de
condensación.
Ta < Td
• Núcleos de condensación: Sales, polvo

• Crecimiento de las gotitas de agua hasta obtener
un tamaño que les permita caer.
Diagrama de Fases
22.1 MPa
608 Pa
37
Hidrología
Formación

• La precipitación se forma principalmente en dos
tipos de nubes:
• Nubes calidas : Un poco por encima de los 0°C
• Nubes frías : °T < 0°C
• Factores
• Temperatura
• Disponibilidad de agua
• Núcleos de condensación
38
Hidrología

• Nubes Calidas: las gotas en estas nubes son usualmente
más grandes y por su tamaño colisionan y se unen con
facilidad hasta que alcanzan tamaños lo suficientemente
grandes como para caer. Sin embargo estas nubes
suelen tener menor cantidad de gotas
• Nubes Frías: En estas nubes es posible que se formen

estructuras combinadas de cristales de hielo y agua
líquida a temperaturas menores que los 0°C, que
tienden a crecer en la medida que las partículas
condensadas crecen
Un pedacito de cielo
(A Little Bit of Heaven) - 2011
https://youtu.be/-LJDBwGG3LU?t=1m2s (2:40)
39
Hidrología
Contaminación y Nubes
• Pollution and clouds
• Daniel Rosenfeld and William Woodley
Pollution and clouds

Daniel Rosenfeld and William Woodley
2001
Aerosols and Clouds (Indirect Effects)
40
Hidrología
Fuente: www.met.tamu.edu/.../ models/2001/precip.html
Tipos de Precipitación
41
Hidrología
Fuente:webserv.chatsystems.com/ ~doswell/wxmod/wxmod.html
Cristalización del hielo

(acetato de sodio) 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝑁a
• https://www.youtube.com/watch?v=mxO9rtVjoR4
42
Hidrología
Tipos de Nubes
• Según su forma.
Forma de plumero de color blanco y aspecto fibroso. Son nubes
Cirriforme altas y formadas por cristales de hielo. Incluyen a los cirros,
cirrostratos y cirrocúmulos.
Aparecen en forma de capas grises que cubren uniformemente el

Estratiforme cielo. Su espesor es muy superior a su dimensión horizontal.
Incluyen a los estratos, nimbostratos, altostratos y cirrostratos.
Son nubes de evolución vertical, con la base plana y aspecto de

Cumuliforme algodón. De color blanco y aspecto denso. Incluyen a los cúmulos,
estratocúmulos, cumulonimbos, altocúmulos y cirrocúmulos.
43
Hidrología
44
Hidrología
Tipos de nubes
Tipos de Nubes - CIRROS (Ci)

• Cristales de hielo.
• Muy altos
45
Hidrología
Tipos de Nubes - CIRROESTRATOS (Cs)

• Cristales de hielo.
• Capas de aire extensas se elevan lentamente.
Tipos de Nubes - CIRROCUMULOS

(Cc)
• Cristales de hielo o agua superenfriada.
• Transformación de Cirros o Cirroestratos
46
Hidrología
Tipos de Nubes - Altoestratos (A)

• Cristales de hielo, gotas de agua y en ocasiones
nieve
• Ascenso lento
Tipos de Nubes - Altocumulos (Ac)

• Principalmente gotas de agua.
• Se pueden formar por convección, ascenso e aire o
turbulencia.
47
Hidrología
Tipos de Nubes - Nimboestratos (Nb)

• Gotitas de agua y gotas de lluvia, cristales de hielo y
copos de nieve, partículas líquidas y sólidas
Tipos de Nubes - Cumulonimbos (Cb)

• Grandes densidades, grandes gotas de lluvia y
cristales de hielo en la parte superior.
48
Hidrología
Tipos de Nubes - Cumulos (Cu)

• Gotitas de agua.
• Enfriamiento por advección de aire frío en altura
con expansión vertical.
Tipos de Nubes - Estratocumulos (Sc)

• Elevación o estratificación de cumulos o estratos.
49
Hidrología
Tipos de Nubes - estratos (St)

• Pequeñas gotitas de agua.
• Enfriamiento de capas bajas.
50
Hidrología
Precipitación Convectiva:
• Suelen ser cortas y de mucha intensidad, comunes
en las zonas tropicales.
• Se forman por el ascenso de una masa de aire que
ha sido calentado y que se condensa en las alturas.
• Cubren áreas de 25 a 50 Km2
51
Hidrología
• Medellín • Bogotá
@TrujArias
Precipitación Orográfica:
• Formada por el ascenso de una masa de aire como
consecuencia de las barreras montañosas.
• El lado del choque suele ser muy lluvioso mientras
que el lado opuesto es seco.
52
Hidrología
A barlovento o sotavento
• Sotavento: Hacia dónde se dirige el viento
• Barlovento: De donde viene el viento
• Un arco iris a barlovento, mal se presenta el día; un arco iris a sotavento, se marchará la humedad
• Un arco iris por la mañana es la alarma del pastor, un arco iris por la noche es el regocijo del pastor
Refrán popular
53
Hidrología
Cherrapunji (India)
• 1498 msnm
• Mayor precipitación de
• 12 028 mm/año (media
multianual 1973 a 2005)
• 9 360 mm/mes
(máximo registrado en
julio de 1861)
• 26 460 mm/año
(máximo registrado
entre agosto 1860 a
julio 1861)
Cherrapunji (India)
• 1498 msnm
• Mayor precipitación de
• 12 028 mm/año (media
multianual 1973 a 2005)
• 9 360 mm/mes
(máximo registrado en
julio de 1861)
• 26 460 mm/año
(máximo registrado
entre agosto 1860 a
julio 1861)
54
Hidrología
Darién (Colombia y Panamá)

• En el Chocó se han
registrado
precipitaciones anuales
de 9000 mm/año
• Se han estimado
precipitaciones de
10000 mm/año
Argentina y Chile
CLIMATOLOGÍA DE LAS PRECIPITACIONES
OROGRÁFICAS DE INVIERNO SOBRE LOS
ANDES SUBTROPICALES CENTRALES
Maximiliano Viale 1 y Mario N. Núñez 2

2009
55
Hidrología
Argentina y Chile
• Castro (Chile)
• 1830 mm/año
Precipitación por Convergencia, frontal o ciclónica
• Se producen por el choque de “frentes” en los
cuales el aire calido asciende y el frio desciende.
• En las zonas de bajas presiones son los
responsables de la formación de tormentas
tropicales, huracanes y tifones de alta intensidad y
velocidades del viento de hasta 200 km/h.
56
Hidrología
Vista en planta
Vista en corte
Refranes
• En el hemisferio sur (La Pampa Argentina)
Norte claro, sur oscuro aguacero seguro
57
Hidrología
Tormentas Ciclónicas
• https://spaceplace.nasa.gov/hurricanes/sp/
• https://spaceplace.nasa.gov/hurricanes/sp/#/revie
w/hurricanes/hurricane-katrina.mp4
• http://oceanservice.noaa.gov/news/historical-
hurricanes/
• https://coast.noaa.gov/hurricanes/
Tormentas Ciclónicas
58
Hidrología
Precipitación
Estadística
Twitter
Estación
Meteorológica
59
Hidrología
Tipos de estaciones
Característica Tipo Descripción
Estaciones equipadas con instrumental
mecánico o digital que requiere la
Convencionales intervención de un operario y los datos
son registrados en papel o desplegados
en un visor.
Estaciones equipadas con instrumental
que no requiere la intervención de un
Automáticas
operario y los datos son almacenados
Tecnología
por un microprocesador.
Instrumental o estaciones automáticas
equipadas con dispositivos para la toma
y transmisión satelital de datos. En esta
Sensores Remotos categoría se incluyen los satélites de
orbita polar y geoestacionaria para el
seguimiento de las condiciones
ambientales.
Tipos de estaciones
Estaciones que permiten conocer el estado y evolución
continua de las condiciones atmosféricas en un momento
determinado con fines de pronostico. Suministran
Sinópticas
información en tiempo real de temperatura, humedad,
presión atmosférica, viento, precipitación y fenómenos
atmosféricos principalmente
Estaciones que permiten obtener datos meteorológicos
de precipitación, temperatura, humedad del aire, dirección
y velocidad del viento, radiación, evaporación, entre otros,
Finalidad
para describir y explicar el clima de una región. No
Climatológicas
necesariamente suministra la información en tiempo real.
En las estaciones climatológicas se hacen observaciones
y mediciones tres veces al día o se registran
continuamente los elementos meteorológicos.
Estaciones que proporcionan datos meteorológicos,
biológicos y fenológicos útiles en la determinación de los
Agrometeorológicas
efectos del tiempo y el clima en el proceso evolutivo de
las plantas y los animales
60
Hidrología
Tipos de estaciones
Estaciones destinadas a efectuar observaciones y dar
información sobre el estado del tiempo, su comportamiento y
evolución para el servicio de la navegación aérea nacional e
Aeronáuticas (Sinópticas)
internacional. En Colombia, estas estaciones son asimiladas
por las estaciones sinópticas. Suministran información en
tiempo real
Estaciones que miden un parámetro o serie de parámetros
Meteorológicas Especiales:
para fines especificos
Estaciones de registro y medición de la cantidad de
Pluviométricas
precipitación en un lugar determinado
Estaciones de medición y registro de niveles, temperatura, y
Mareográficas
salinidad del mar
Puestos de observación situados sobre cuerpos de agua (ríos,
quebradas, embalses, ciénagas, etc.) en donde se miden
variables tales como los niveles y caudales. Adicionalmente
en algunas estaciones se miden los sedimentos
especialmente materiales gruesos como arenas y finos como
Hidrológicas
limos, arcillas y coloides en corrientes y puntos estratégicos,
donde por las características hidrológicas, topográficas,
geológicas y geomorfológicas, entre otros, de las cuencas y
de los cauces que acarrean material tanto en suspensión
como de fondo.
Estación Meteorológica
• Marca Met One Instruments
• Modelo Auto Met (DL 466A, Número de Serie
D7639)
• Localización Cancha de Fútbol
Universidad del Norte Barranquilla.
• Instalada en Febrero de 2005
61
Hidrología
Mediciones de la Estación
• Velocidad del viento (m/s)
• Dirección del viento (Grados)
• Temperatura del aire (°C)
• Humedad Relativa (%)
• Radiación solar (Wm2)
• Presión Barométrica (mB)
• Precipitación (mm)
Sensor de Velocidad y Dirección del

Viento
62
Hidrología
Radiación Solar
Sensor de Humedad relativa y

Temperatura del Aire
63
Hidrología
Precipitación
Medidor de Presión Barométrica
64
Hidrología
Data Logger
Población en Colombia
65
Hidrología
Estaciones en Colombia
• Estaciones Activas
• Estaciones Suspendidas
66
Hidrología
• Estaciones CO CP SS SP
• Estaciones PM PG
67
Hidrología
Países Vecinos
Nuevos campos de precipitación promedia anual para Colombia (Álvarez, Vélez Poveda 2008)
Estaciones en el Atlántico
68
Hidrología
Medición de la precipitación
• Pluviómetro: Medidor
sin registro
• Pluviógrafo: Medidor
con registro
• Fotos de Satélite,
radares identificando la
cantidad de agua
disponible.
Pluviómetro
• Medidor sin registro
• Se utilizan generalmente
para la medición de
precipitación diaria,
semanal o mensual
• Compuesto por un
colector localizado
encima de un embudo el
cual lleva le agua a un precisión de 0.1 mm
tanque
69
Hidrología
Pluviógrafo
• Medidor con registro
• Registra automáticamente la profundidad de lluvia
en intervalos tan pequeños como un minuto de
duración
• Tipos de Pluviógrafos:
– De Balanza,
– De flotador, y
– De cubeta basculante
Pluviógrafo de balancín
http://www.hyparion.com/web/diccionari/dics/meteo.htm
70
Hidrología
Pluviógrafo de balancín localizado en el Castillo del Mono Osorio. (Estudio para la subcuenca El Virrey)
Pluviómetro de Balancín
Orificio: 8 in (20 cm)

Sensibilidad: 0.01 in (0.1 mm)
71
Hidrología
Pluviógrafo de balancín localizado en el Castillo del Mono Osorio. (Estudio para la subcuenca El Virrey)
Estaciones Acueducto de Bogotá
Sisa 2016
72
Hidrología
Pluviómetros Ópticos
http://sensovant.com/productos/meteorologia/pluviometria-
hielo/articulo/sensor-de-lluvia-optico-RG-11.html
Registro Pluviógrafico
73
Hidrología
Registro Pluviógrafico
Imágenes Satelitales
74
Hidrología
Imágenes de RADAR
• En Europa: http://www.radareu.cz/?lng=es
Argentina
• http://radar.inta.gov.ar/v3/
75
Hidrología
Colombia (Radar en Corozal -

CZU)
Colombia
(Radar en Corozal - CZU)
76
Hidrología
Colombia – Aeronáutica Civil

• Meteorología:
http://www.aerocivil.gov.co/Meteorologia/Paginas/Inicio.aspx
http://meteorologia.aerocivil.gov.co/radar/index/aoi/CRM/Re
flectividad%20de%20Base%200.5%20deg
• Radares:
http://190.27.249.248/radar/index/aoi/CRM/Reflectividad%2
0de%20Base%200.5%20deg
• Aeropuerto Brujas (Corozal):
http://190.27.249.248/radar/index/aoi/CZU/Reflectividad%20
de%20Base%200.5%20deg
http://meteorologia.aerocivil.gov.co/radar/index/aoi/CZU/Ref
lectividad%20de%20Base%200.5%20deg
Datos IDEAM
• Registros estaciones IDEAM
• http://tausa.ideam.gov.co/EstacionAero21/
• Aerpuerto Ernesto Cortissoz (Soledad)
• http://tausa.ideam.gov.co/EstacionAero21/faces/Si
nopticaAu.jsp?id=0029045190
• Aeropuerto El Dorado (Bogotá)
• http://tausa.ideam.gov.co/EstacionAero21/faces/Si
nopticaAu.jsp?id=0021205791
77
Hidrología
http://www.sire.gov.co/web/sab
Datos IDEAM
• Registros estaciones IDEAM
• http://tausa.ideam.gov.co/EstacionAero21/
• Aerpuerto Ernesto Cortissoz (Soledad)
• http://tausa.ideam.gov.co/EstacionAero21/faces/SinopticaAu
.jsp?id=0029045190
• Aeropuerto El Dorado (Bogotá)
.jsp?id=0021205791
• Aeropuerto José María Cordova (Medellín))
.jsp?id=0023085270
• Servicio Hydras3 (Servicio privado)
• http://hydras3.ideam.gov.co/
78
Hidrología
Datos de Estaciones
meteorológicas automáticas
• http://www.meteoaeronautica.gov.co/visor-meteorologico
Densidad del Registro de las

mediciones
• Regiones planas: lo ideal es un aparato cada 600-
900 Km2. Es aceptable uno cada 900 - 3000 Km2.
• Regiones montañosas: lo ideal, 1 aparato cada 100
- 250 Km2 . Se acepta 1 por cada 250 - 1000 Km2.
• Regiones áridas: se recomienda un pluviómetro
cada 1500 - 10000 km2.
World Meteorological Organization
79
Hidrología
Presentación de los datos

• Curva de masa de las lluvias
• Hietogramas
• Precipitación puntual
Curva de masa de las lluvias

• Son un gráfico de la precipitación acumulada contra el
tiempo, en orden cronológico.
• Se obtiene directamente del pluviógrafo
• Las curvas de masa se usan para extraer información sobre
la magnitud, duración e intensidad de una tormenta.
80
Hidrología
¿Qué es un Hietograma?
• Es la representación gráfica de una lluvia. Expresa la
intensidad de una lluvia (mm/hr) distribuida en el tiempo.
• Se obtiene a partir de la medición de la precipitación.
• La precipitación efectiva es aquella que genera escorrentía
superficial, es decir la que no logra infiltrarse en el suelo.
Registros de Hietogramas
81
Hidrología
Registros de precipitación
puntuales.
• Registro en una estación determinada por días, por
meses, por años, por estaciones.
• Suelen ser tablas o diagramas de barras.
Análisis de Precipitación
• Consistencia: Que los datos correspondan a una
misma población
• Continuidad: Que se tengan todos los datos
82
Hidrología
Continuidad
• A partir de la precipitación normal se comparan
estaciones vecinas.
Nx  P1 P P 
Px     i    m 
m  N1 Ni Nm 
• La precipitación normal (N): es el promedio de la

precipitación anual, mensual o diaria.
Consistencia
• Las inconsistencias pueden ser creadas por:
– traslado de la estación a un nuevo sitio
– que las vecindades de la estación hayan cambiado
– cambios en el ecosistema, tales como incendios
forestales, deslizamientos, etc
– errores de observación.
• Pereza
• Crímenes
• Las inconsistencias se pueden detectar mediante
análisis de doble masa
83
Hidrología
Curva de Doble masa

• Comparación con N estaciones vecinas con
registros de precipitación media acumulada anual.
Curva de doble masa

• Es posible hacer una corrección usando la formula:
Mc
Pcx  Px
Ma
84
Hidrología
Precipitación en un Área
• A partir de las mediciones en un punto es necesario
determinar la cantidad de precipitación en un área.
• Media aritmética
• Polígonos de Thiessen (Diagramas de Voronoi)
Alfred Thissen Peter G. Dirichlet Georgy Voronoy Boris Delaunay (Delone)

Meteorólogo (EEUUA) Matemático (Alemania) Matemático (Rusia) Matemático (Rusia)
1872 - 1956 1805 - 1859 1868 - 1908 1890 - 1980
Precipitación en un Área
• A partir de las mediciones en un punto es necesario
determinar la cantidad de precipitación en un área.
• Media aritmética
• Polígonos de Thiessen
85
Hidrología
Media Aritmética
• Se determina a partir del promedio de las
estaciones vecinas.
• Nos es muy común ya que las variaciones
espaciales suelen llevar a errores en este método.
P P i
Polígonos de Thiessen
• Ponderación de los registros por un factor de área
de influencia.
P
P Ai i
At
• Los factores de área son determinados así:
– Determinación de estaciones
– Definición de líneas entre ellas.
– Se halla la mediatriz de cada una
• Solo se tiene en cuenta el criterio Geométrico
86
Hidrología
Ejemplo de Polígonos de Thiessen
Polígon Area F de
o Km 2 Área
1 90 0,30
2 24 0,08
3 84 0,28
4 63 0,21
5 3 0,01
6 36 0,12
Total 300 1.00
Estació P(mm) F de P
n Área Ponderad
a
(mm)
1 160 0,30 48
2 150 0,08 12
3 140 0,28 39
4 120 0,21 25
5 100 0,01 1
6 50 0,12 6
Totales 720/6 = 1.00 131 mm
120 mm
http://www.ltid.inpe.br/dsr/vianei/CursoHF/Capitulo4c.htm
87
Hidrología
¿Qué es una isoyeta?

• Las isoyetas son las líneas que unen los puntos de
igual precipitación.
• Para la aplicación de este método, se dibuja la
cuenca a escala y se ubican las estaciones de
precipitación con sus valores respectivos.
Del francés. isohyète, y este de iso- y el griegp. ὑετός, lluvia
Cálculo
• Una vez se tienen las isoyetas se calcula el área
cubierta entre cada par de curvas y se le asigna el
promedio de las precipitaciones.
88
Hidrología
Cálculo
  Pi  Pi 1  
  Ai ,i 1 
 2 
 
P
At
89
Hidrología
Efecto del método de cálculo

Función de Base Radial Kriging
Rojo: TIN
Azul: Inverso de la potencia de la distancia suavizado
Verde: Inverso de la potencia de la distancia
90
Hidrología
IDW (Inverse Distance Weighting)

Peso ponderado por distancia
𝑛 𝑥𝑖
𝑖=1 𝑑𝑒
𝑖𝑝
• 𝑥𝑝 = 𝑛 1
𝑖=1 𝑑𝑒
𝑖𝑝
http://gisgeography.com/inverse-distance-weighting-idw-interpolation/
Kriging
• También conocido como: Wiener–Kolmogorov
• Desarrollado a partir de los años 1960s por Danie
G. Krige (Estadístico - Suráfrica)
Danie G. Krige
1919 – 2013
http://gisgeography.com/kriging-interpolation-prediction/ Suráfrica
91
Hidrología
Distribución mundial
Efecto de la precipitación con la

altura
92
Hidrología
Relaciones de Precipitación
• Para diseño de estructuras hidráulicas o control de
sistemas se sigue con análisis de:
• Área - profundidad
• Intensidad - duración – frecuencia
• Modelos Lluvia Escorrentía
Precipitación máxima promedio

diaria (mm)
HidroSIG
93
Hidrología
Precipitación máxima promedio

diaria (mm)
Días con lluvia anuales
94
Hidrología
Días con lluvia anuales
Precipitación media anual
95
Hidrología
Precipitación Media Anual
IDF Colombia
96
Hidrología
Intensidad de lluvia Tr =50[años] y

Duración=1 [hr] Vargas(1998)
Intensidad de lluvia Tr =50[años] y

Duración=24 [hr] Vargas(1998)
97

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División de Ingenierías

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Pico Cristóbal Colón

Red Bull Stratos

Planeta que no rota

Vientos Alisios (Trade winds)

Rosa de vientos (Aeropuerto

IDEAM Mapa de viento

Universidad del Norte

Editores Open Street Map

Mapa de corrientes 1943

• Pronostico del CIOH: Altura y dirección de ola

Tubería del emisario de aguas

Presión Atmosférica (Unidades = ?)

Presión Atmosférica y altura

Presión Atmosférica y altura

Viento mistral (Mediterráneo)

Presión de vapor de saturación:

17.27𝑇 17.27𝑇 3840.70 216967

es : Presión de vapor [Pascales]

Temperatura de punto de rocío

Sauna y baños turcos en las

Sauna y baños turcos en las

Presión de Vapor de Agua

Constante del gas

Presión de Vapor de Agua

Humedad Especifica (Aire seco)

Humedad Especifica (Aire

Humedad Relativa Del Aire

– Determine la presión de vapor

Torre de bambú: Proyecto WARKA

𝑑𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑑𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑞𝜌𝑎 𝐴𝑑𝑧

¿Para qué analizar la

Respuesta Hidrológica de una Cuenca

• La respuesta hidrológica de una cuenca es la

Precipitación (mm/hr) (Entrada) Caudal (m3/s) (Salida)

¿cómo se forma la precipitación?

• Núcleos de condensación: Sales, polvo

¿cómo se forma la precipitación?

¿cómo se forma la precipitación?

• Nubes Frías: En estas nubes es posible que se formen

Pollution and clouds

Aerosols and Clouds (Indirect Effects)

Fuente: www.met.tamu.edu/.../ models/2001/precip.html

Cristalización del hielo

Aparecen en forma de capas grises que cubren uniformemente el

Son nubes de evolución vertical, con la base plana y aspecto de

Tipos de Nubes - CIRROS (Ci)

Tipos de Nubes - CIRROESTRATOS (Cs)

Tipos de Nubes - CIRROCUMULOS

Tipos de Nubes - Altoestratos (A)

Tipos de Nubes - Altocumulos (Ac)

Tipos de Nubes - Nimboestratos (Nb)

Tipos de Nubes - Cumulonimbos (Cb)