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ANÁLISIS DE CONSISTENCIA Y RELLENO DE DATOS

ANÁLISIS DE CONSISTENCIA Y RELLENO DE DATOS

En Hidrología mucha de la información obtenida de estaciones hidrológicas y meteorológicas se encuentra incompleta, razón por la cual se deben completar en base a información de estaciones cercanas y de similares condiciones (esto implica altitud cercana y pertenencia a la misma cuenca). Para verificar que la información a utilizar será adecuada, se realiza el análisis de consistencia.

Comparación de estaciones meteorológicas, con datos faltantes en la estación Est2.

Fuente: ALEPH ASOCIADOS S.A.C.


Análisis de Consistencia

Previo al relleno de información propiamente dicho, se evaluará si las series de información utilizadas poseen consistencia (a pesar de poseer información procedente de similares condiciones, existe la probabilidad de que los valores de una serie no puedan ser utilizados en las otras series).

 

Relleno de información

El relleno de de datos consiste en utilizar los datos de la estación patrón, la cual posee información completa, para completar la serie de datos de la estación con la información faltante.

Existen diferentes métodos aplicables al relleno de información (Pizarro, Ausensi, Aravena, Sangüesa, León & Balocchi, 2009) los cuales involucran su respectivo análisis de consistencia:

 

Método gráfico de doble masa

Existen varias formas de definir si una serie de datos posee consistencia, pero se puede partir por el análisis de la gráfica de doble masa, también conocida como gráfica de doble entrada o gráfica de flujo-masa (Monsalve, 1999).

La gráfica de doble masa se construye trazando el valor actual de una serie de datos en el eje vertical (masa) y el cambio o diferencia entre ese valor y el valor anterior en el eje horizontal (flujo). Cada punto en la gráfica representa una observación en la serie de datos. La gráfica se puede visualizar utilizando puntos o líneas conectadas para resaltar la dirección y la magnitud de los cambios.

El análisis de consistencia considerará en el eje horizontal los promedios acumulados de la serie de datos de las estaciones evaluadas (aplicable para caudales y precipitaciones anuales), mientras que el eje vertical considera los valores acumulados de las mismas estaciones, como se muestra en la gráfica siguiente:

Verificación de homogeneidad de datos pluviométricos

Fuente: Hidrología en la Ingeniería (Monsalve, 1999)

La ventaja de esta gráfica resulta en la facilidad de visualización de la consistencia de las series de información: si se presentan puntos que presentan una sola tendencia (una sola línea recta), entonces la serie de datos posee consistencia respecto al promedio de las series de datos.

En caso de presentarse quiebres (dos o más líneas rectas), se deduce que la serie de datos no posee consistencia y necesita ser corregida o descartada.

En función de la gráfica de Monsalve, se puede corroborar la homogeneidad de la pendiente en función de dos periodos: “a” y “o”, donde “a” representa al periodo anterior a un punto de referencia (punto en el que se aprecia el posible cambio de pendiente), mientras que “o” representa al tiempo posterior al mismo punto de referencia:

En el periodo “a”:

k: número de años en el periodo “a”

En el periodo “o”:

l: número de años en el periodo “o”

En donde:

Paj: observaciones de datos ajustados a las condiciones actuales.

Po: datos que necesitan ser corregidos.

Ma: pendiente de la recta durante el periodo correcto de toma de datos.

Mo: pendiente de la recta durante el periodo correcto de toma de datos.

El relleno de datos se realizará utilizando la ecuación de la línea de tendencia en función de los valores promedios acumulados (similar al de la regresión lineal).

 

Método de regresión lineal

Este método se basa en la regresión y correlación lineal entre dos series de datos: la serie de datos de la estación patrón, la cual posee información completa, y la serie de datos de la estación con la información faltante (Pizarro, Ausensi, Aravena, Sangüesa, León & Balocchi, 2009), por medio de una ecuación lineal de la forma:

Donde:

y: Valor estimado para la serie de datos de la estación carente

x: Valor registrado de la serie de datos de la estación patrón

a, b: Constantes de la regresión

Este método permite la estimación de la consistencia mediante la obtención de la correlación (R), el cual puede adquirir los valores entre -1 y 1, siendo 1 y -1 los valores para un alto grado de correlación, y 0 el valor para una correlación nula. Respecto a series de datos en hidrología se considera que la regresión es aceptable si el valor de la correlación es menor a -0.8 o mayor a 0.8 (Pizarro, 1993). Los resultados obtenidos tras el relleno de datos deben evaluarse para determinar la calidad de la información completada.

 

Relleno por correlación con estaciones vecinas

Este método utiliza los coeficientes de correlación entre diferentes estaciones y la estación a completar, para lo cual se debe considerar valores de correlación menores a -0.8 y mayores a 0.8 (Pizarro, Ausensi, Aravena, Sangüesa, León & Balocchi, 2009).

Mediante este método se determina el valor estimado, con la siguiente fórmula:

Donde:

PX: Valor estimado de precipitación en X.

PXi: Valor estimado de precipitación en X, a partir de las regresiones con cada una de las i estaciones.

rXi: Coeficiente de correlación entre los registros de la estación X, y cada una de las i estaciones.

i: Estaciones consideradas (A, B, C … N).

 

Referencias bibliográficas

Pizarro, R., Ausensi, P., Aravena, D., Sangüesa, C., León, L. & Balocchi, F. (2009). Evaluación de Métodos Hidrológicos para la Completación de Datos Faltantes de Precipitación en Estaciones de la Región Del Maule, Chile. Recuperado de https://doi.org/10.29104/phi-aqualac/2009-v1-2-07

Monsalve, G. (1999). Hidrología en la Ingeniería. Alfaomega, Colombia.

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CUENCA HIDROGRÁFICA

CUENCA HIDROGRÁFICA

1. Definiciones

Cuenca

RAE. f. Territorio cuyas aguas afluyen todas a un mismo río, lago o mar.

Cuenca Hidrográfica

Es una depresión en el terreno, rodeada por terrenos más altos en donde se encuentran las cumbres o divisoria de aguas, en la cual converge el agua proveniente de precipitaciones o deshielo; de esta manera el agua que alcanza las cuencas hidrográficas desemboca en un mar, río, laguna, océano u otro cuerpo de agua. Se puede decir en pocas palabras, que las cuencas hidrográficas constituyen un sistema natural de drenaje del agua (World Vision, 2004).

Cuenca como sistema hidrológico

Fuente: Hidrología Aplicada. (Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W., 1994)

El conjunto de cuencas hidrográficas que desembocan en un mismo lugar se denomina vertiente hidrográfica. El Perú cuenta con tres vertientes hidrográficas: del Pacífico, del Amazonas y del Titicaca.

 

2. Parámetros de forma

Tabla de parámetros de forma de una cuenca

Fuente: Elaboración Propia

3. Formación de cuencas

La formación de cuencas está relacionada al ciclo del agua; en función de esta última, se presentan varios escenarios:

Representación en diagrama de bloques del sistema hidrológico global

Fuente: Hidrología Aplicada. (Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W., 1996)

Durante las precipitaciones, el agua pluvial puede evaporarse, infiltrarse en el terreno o circular pendiente abajo a través del terreno, lo mismo sucede con el agua proveniente de deshielo. Si la depresión de terreno es suficientemente grande, se pueden generar una corriente de agua permanente, el cual puede ser alimentada por otras corrientes superficiales y subterráneas; de esta manera se conforma una cuenca hidrográfica.

 

4. Partes de las cuencas hidrográficas

Una cuenca hidrográfica se puede estructurar en las siguientes partes o elementos:

Cuenca alta: zona de nacimiento del río, el cual se desplaza por una gran pendiente, presenta laderas y montañas.

Cuenca media: zona de valle del río y allí hay un equilibrio entre el material sólido arrastrado por la corriente y el que se deposita, presenta tierras onduladas y valles.

Cuenca baja: zona baja del río en el cual el material arrastrado a lo largo de la cuenca se deposita, producto de la menor velocidad de la corriente. Por lo general, en este sector se forman llanuras o tierras planas.

Al ser las cuencas las bases de los ríos, se puede considerar que estos últimos poseen la misma estructuración:

Partes de las cuencas hidrográficas

Fuente: Manual de Manejo de Cuencas Completo. (World Vision, 2004)

 

5. Tipos de cuencas hidrográficas

Las cuencas hidrográficas se clasifican según el cuerpo de agua al que llegan:

                  Exorreica                                            Endorreica                                               Arreica

Fuente: Elaboración propia

5.1. Cuencas exorreicas o abiertas

Referido a aquellas cuencas que drenan sus aguas al mar o los océanos. Como ejemplo de este tipo de cuenca se tiene:

      • Cuenca del Rio Amazonas, en gran parte de América del Sur
      • Cuenca del Rio Plata, en Argentina
      • Cuenca del Rio Miño, en España
      • Cuenca del Río Escarrea, en Panamá

Cuenca del Rio Amazonas

Fuente: Modificado, en base a Manejo de cuencas (Aguas Amazónicas, 2023).

5.2. Cuencas endorreicas o cerradas

Referido a aquellas cuencas que desembocan sus aguas en lagos, lagunas o salares aislados de mares u océanos, también se pueden considerar algunos mares que se encuentren totalmente aislados. Como ejemplo de este tipo de cuenca se tiene:

      • Cuenca del Lago Titicaca, en Perú y Bolivia
      • Cuenca del Lago Valencia, en Venezuela
      • Cuenca del Mar Caspio, entre Europa y Asia

Cuenca del mar Caspio

Fuente: Modificado, en base a imagen de respuesta en How many contries surround the Caspian Sea? en Quora. (Higgins, s.f.)

5.3. Cuencas arreicas

Referido a cuencas cuya agua se evapora o se infiltra en el terreno antes de encontrarse con un cuerpo de agua. Se tiene como ejemplo de este tipo de cuenca hidrográfica

      • La Depresión de Qattara, en el desierto de Libia.
      • Cuenca del Tarim, en China.

Depresión de Qattara

Fuente: Modificado, en base a imagen de post Egypt if the Qattara Depression Project was completed. (Imaginary Maps, 2018)

 

6. Importancia de las cuencas hidrográficas

Su importancia radica en la función que posee dentro de la naturaleza y como fuente de recursos y energía:

  • Las cuencas regulan el flujo del agua, por lo tanto, su presencia reduce el riesgo de peligros naturales como inundaciones o desprendimientos.
  • También regulan la calidad del agua y son fuente de agua dulce, sustento de toda la biodiversidad que habita el planeta Tierra.
  • Pueden ser aprovechados como parte de un sistema generador de energía hidroeléctrica para el desarrollo de nuestras actividades.
  • Por último, poseen belleza paisajística que, a menudo, forman parte de nuestras actividades recreativas.

 

7. Referencias bibliográficas

Aguas Amazónicas (2023). Manejo de Cuencas. Recuperado de https://aguasamazonicas.org/la-iniciativa-aguas-amazonicas/manejo-de-cuencas. [Consulta: 22 de junio de 2023].

Higgins, B. (s.f.). Respuesta en How many countries surround the Caspian Sea?. Recuperado de https://www.quora.com/Which-countries-are-located-near-the-Caspian-Sea. [Consulta: 22 de junio de 2023].

Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W. (1996). Hidrología aplicada. McGraw-Hill. Recuperado de https://www.academia.edu/download/39861049/hidrologia_aplicada_-_ven_te_chow_-_mc_graw_hill_-_completo_ocioso.pdf. [Consulta: 22 de junio de 2023].

Ecología Verde (s.f.). Cuencas Hidrográficas. Recuperado de https://www.ecologiaverde.com/cuencas-hidrograficas-que-son-tipos-e-importancia-3334.html. [Consulta: 22 de junio de 2023].

Imaginary Maps (2018). Egypt if the Qattara Depression Project was completed. Reddit. Recuperado de https://www.reddit.com/r/imaginarymaps/comments/822xmd/egypt_if_the_qattara_depression_project_was/. [Consulta: 22 de junio de 2023].

La Guía 2000 (s.f.) La Guía 2000 – Geografía. Mar Caspio. Recuperado de https://geografia.laguia2000.com/geografia-regional/mar-caspio. [Consulta: 22 de junio de 2023].

OrangeSmile Tours B.V. (2002). DEPRESIÓN DE QATTARA, EGIPTO. Series “Zonas Increíbles Bajo el nivel del Mar”. Recuperado de https://www.orangesmile.com/extreme/es/tierras-debajo-del-nivel-del-mar/depresion-de-qattara.htm. [Consulta: 22 de junio de 2023].

Real Academia Española (RAE) (s.f.). Diccionario de la Real Academia Española. Recuperado de https://dle.rae.es/cuenca. [Consulta: 22 de junio de 2023].

World Vision (2004). Manual de manejo de cuencas. San Salvador, SV. World Vision. Recuperado de https://www.uv.mx/oabcc/files/2018/11/MANUAL-DE-MANEJO-DE-CUENCAS_COMPLETO.pdf. [Consulta: 22 de junio de 2023].

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