Actualización y análisis de las curvas IDF en el Area Metropolitana del Gran Resistencia [AMGR]

Transcripción

1 Actualización y análisis de las curvas IDF en el Area Metropolitana del Gran Resistencia [AMGR] Ruberto, Alejandro R. 1 - Kutnich, Edgardo J. 2 Depettris, Carlos A. 1 - Pilar, Jorge V. 1 - Gabazza, Sonia E. 2 Departamento de Hidráulica Facultad de Ingeniería- UNNE Av. Las Heras 727 (CPA H3500COI). TE (03722) Correo electrónico: aruberto@ing.unne.edu.ar; javier_kutnich@hotmail.com; s13867@yahoo.com.ar; jpilar@ing.unne.edu.ar; cdepettris@ing.unne.edu.ar 1.Grupo de Investigación del Departamento de Hidráulica - Facultad de Ingeniería - UNNE 2.Alumno de grado de Ingeniería Civil FI - UNNE INTRODUCCIÓN Los estudios y proyectos destinados al manejo del agua pluvial urbana requieren de la disponibilidad de información básica apropiada y consistente para su desarrollo, siendo los aspectos vinculados al conocimiento de las precipitaciones máximas en el área de interés uno de los puntos elementales para el conocimiento de los procesos hidrológicos urbanos. Entre las falencias detectadas por diversos investigadores (Bertoni et al., 2003) en su análisis de la hidrología urbana en Argentina se encuentra la ausencia casi total de los datos de tipo lluvia-caudal, lo que impone de por sí fuertes limitaciones a toda investigación técnico-científica en la disciplina. En ese sentido, todo esfuerzo que se realice para mejorar el conocimiento con rigor estadístico de los valores de intensidad de la precipitación para diferentes duraciones y probabilidades de ocurrencia, tiene un valor contributivo de significación para la mejora de la calidad de los datos de entrada en el desarrollo de propuestas y proyectos. Para tal fin el profesional debe tener claramente identificadas cuáles serán y cómo se comportarán las variables que influirán en el proceso hidrológico para, de esta manera, no vacilar en la correcta identificación de las tormentas de diseño. Así, la elección de la tormenta de diseño es de fundamental importancia para el dimensionamiento de obras hidráulicas, sistemas de drenaje urbano y canales, entre otros, ya que ellas deberán captar y conducir el escurrimiento generado por dicha tormenta. Puesto que la tormenta de diseño se determina a partir de conocer las lluvias críticas y la forma en que se manifiestan comúnmente sobre la región en estudio, es necesario determinar sus características fundamentales como: intensidad (I), duración (D) y frecuencia de ocurrencia (F). Estas tres variables se relacionan mediante las curvas IDF, que permiten seleccionar la tormenta de diseño para una duración y tiempo de recurrencia adecuados al sitio y magnitud de la obra. En este trabajo se propone actualizar las curvas de Intensidad,, Frecuencia (IDF) del Área Metropolitana del Gran Resistencia (AMGR) para con ellas generar hietogramas críticos, insumo básico cualquier estudio hidrológico. OBJETIVO Actualizar y analizar las diferencias de las curvas IDF ya existentes del Área Metropolitana del Gran Resistencia del período, al período. ANTECEDENTES En trabajos realizados hasta principios de la presente década (Depettris y Pilar, 2001), las series de datos de intensidad de precipitación utilizadas para el AMGR, se han conformado a partir de información pluviográfica obtenida en las estaciones meteorológicas: INTA Colonia Benítez, SMN Aeropuerto Resistencia y Campus UNNE - Resistencia, actualizando y contrastando datos que abarcaron el período La longitud del período analizado permitió estar a resguardo de las variaciones observadas regionalmente en el monto y la distribución temporal de las precipitaciones, hecho observado desde la década del 60, y cuyo estudio detallado fue oportunamente realizado en el Estudio de regulación del valle aluvial de los ríos Paraná, Paraguay y Uruguay para el control de las inundaciones por la Consultora Halcrow & Partners para el Programa de Rehabilitación por la Emergencia de las Inundaciones PREI (SUCCE Ministerio del Interior República Argentina, 1994). Sin embargo, la utilización de tres fuentes de generación de la información, si bien significativamente cercanas geográficamente, conlleva las diferencias eventuales en el tipo y funcionamiento del instrumental de medición, el procedimiento realizado por los diferentes operadores y la transmisión y archivo de los datos generados. A ello se suman las dificultades con las que normalmente deben enfrentarse quienes realizan trabajos de investigación en temas que involucran información de precipitación generada por el Servicio Meteorológico Nacional. Esas razones llevaron a concentrar el análisis en la estación de medición que mayor longitud de registro permite disponer, que es la de INTA-Colonia Benítez, actualizando asimismo hasta completar el año 2005 a la serie originalmente tratada. MATERIALES Y MÉTODOS Información básica Para la actualización de las IGF se trabajó con registros pluviográficos obtenidos de la estaciones meteorológica: INTA Colonia Benítez. En este trabajo, se buscó abarcar el periodo sin interrupciones, siendo el dispositivo de

2 medición un pluviógrafo a cangilones que registra el valor de la precipitación acumulada con un intervalo de tiempo mínimo apreciable de 15 minutos y para tormentas superiores a los 20mm. Metodología Se conformaron series de intensidad de 35 años, con los valores de fajas pluviográficas, calculando las intensidades (en mm/h) de las tormentas separadas para el análisis (mayores a 20mm) y seleccionando las máximas medias anuales. Con ello se conformaron series estudiadas estadísticamente con las distribuciones de Log Gauss, GEV, Gumbel, Pearson III, Log Pearson III, Exponencial y Wakeby.. Tambien fueron revisados y corregidos algunos valores del período 1995 a 1998, por las dudas que ellos generaban. Presentación de los resultados A continuación se presenta la tabla resumen obtenida de los ajustes junto a las distribuciones teóricas adoptadas. Estos valores son presentados en forma analítica en la tabla nº1 y en forma gráfica en la figura 1. TR [años] DISTRIBUCIÓN ADOPTADA Intensidad de Precipitación ,4 73,9 59,9 51,2 34,3 26,9 22,6 129,0 94,6 76,5 65,0 42,8 33,1 27,4 141,0 106,3 86,9 74,2 48,9 37,7 31,1 148,7 117,0 97,6 84,4 56,6 43,7 36,1 157,8 125,2 105,2 91,5 62,3 48,7 40,5 LOG LOG Tabla nº1 GUMBEL GUMBEL GUMBEL Figura 1 Se buscó ajustar las curvas de la figura 1 con una ecuación y la obtenida fue:

3 I p A ( mm / h) = [1] [ B+ d] c Donde: A, B y c son parámetros de ajuste de la función adoptada, d = duración del evento en minutos. Los valores de A, B y c obtenidos del ajuste realizado con solver de Excel son: TR (años) Parámetros A B c 2 740,0 8,1 0, ,5 11,1 0, ,5 16,0 0, ,0 24,5 0, ,0 24,0 0,71100 Tabla nº2 A continuación se presentan las tablas de comparación de las cinco recurrencias analizadas, para las siete duraciones ajustadas, comparándolas con los valores obtenidos en el ajuste anterior correspondiente al período, fueron calculadas sus diferencias en intensidad y en porcentaje. Tablas nº y 7 - Comparación, para duraciones de 15, 30, 45, , 180 y 240 minutos, de las IDF del AMGR Períodos: 1960/1998 y 1960/2005 y su variación porcentual ,4 101,4 0,0 0, ,9 129,0-2,1-1, ,3 73,9 2,4 3, ,1 94,6 0,5 0, ,7 59,9 1,8 2, ,8 76,5 3,3 4, ,5 51,2 0,3 0, ,5 65,0 0,5 0, ,1 34,3 0,8 2, ,6 42,8 0,8 1, ,8 26,9-0,1-0, ,5 33,1 0,4 1, ,7 22,6-0,9-4, ,1 27,4 0,7 2,5 Tabla nº 3 Tabla nº ,4 141,0 1,4 1, ,8 148,7 12,1 7, ,1 106,3-0,2-0, ,5 117,0 1,5 1, ,7 86,9 3,8 4, ,5 97,6 5,9 5, ,2 74,2 0,0 0, ,6 84,4 0,2 0, ,6 48,9-0,3-0, ,4 56,6-2,2-4, ,9 37,7 0,2 0, ,5 43,7-0,2-0, ,5 31,1 1,4 4, ,1 36,1 2,0 5,2

4 Tabla nº 5 Tabla nº ,5 157,8 15,7 9, ,7 125,2 1,5 1, ,3 105,2 7,1 6, ,9 91,5 0,4 0, ,4 62,3-3,9-6, ,7 48,7-1,0-2, ,5 40,5 2,0 4,7 Tabla nº 7 Análisis Estadístico Para realizar el análisis estadístico de las series conformadas, como primera medida, fue necesario ordenar las mismas por magnitud en forma decreciente para determinar su frecuencia experimental y, de esta manera poder aplicar la comparación con la probabilidad teórica aplicando la expresión propuesta por HAZEN (el coeficiente utilizado fue: 0,5) Los ajustes probabilísticos de las intensidades de precipitación para distintas recurrencias se realizó mediante el programa AFMULTI, el cual realiza ajustes para las siguientes distribuciones teóricas: Log Gauss de 2 parámetros, GEV (General Extremes Values), Gumbel, Pearson III, Log Pearson III, Exponencial y Wakeby. Para proceder a la elección de los modelos probabilísticos se aplicaron las pruebas de bondad de ajuste que proporcionan los test de χ² de Pearson y de Kolmogorov Smirnov, para decidir su aceptación o rechazo. Luego se han calculado los errores cuadráticos medios de la frecuencia (ECMF) y de la variable (ECMV), confrontando cada distribución teórica con la experimental, criterio de decisión que resulta de utilidad cuando se trata de muestras cuya extensión no difiere mayormente de los tiempos de recurrencia para los cuales se determinarán los resultados: iguales o inferiores a los 25 años (Depettris, Pilar, 2001). Se adoptó como criterio tomar los ajustes de distribuciones con menor error cuadrático medio de variable para conformar las curvas. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Para recurrencias como la de 50 años, se han presentado diferencias del 9 % para 15 minutos y de 6.7 % para 120 minutos, las series restantes presentan dispersión de errores pero con valores cercanos a un promedio de 5% ó menor. La nueva serie analizada incluye dos años hidrológicos secos: 2004/2005 y 2005/2006. Esta nueva serie ha demostrado que al incorporar los siete nuevos años (1999 a 2005), las recurrencias para eventos más intensos, en términos generales, han bajado y permitió conocer otra faz de la serie no medida. La extensión de la serie utilizada 35 años permite inferir que los resultados de aplicar las relaciones propuestas pueden ser confiables inclusive hasta un tiempo de recurrencia del orden de 50 años, ya que esa dimensión no excede significativamente la muestra original. Resulta recomendable estudiar con mayor profundidad la incorporación de duraciones intermedias a las utilizadas para el trazado de las relaciones actuales, como por ejemplo los intervalos de 75, 90 y 105 minutos, los cuales representan órdenes de magnitud asimilables a los valores del tiempo de respuesta de varias cuencas urbanas del área estudiada. No obstante se remarca que es posible la utilización de las curvas anteriores, haciendo la salvedad que se trabajaría con valores mayorados respecto a la serie nueva. BIBLIOGRAFÍA 1. Administración Provincial del Agua del Chaco Resolución Nº 097/01. Parámetros para la tormenta de diseño en desagües pluviales urbanos. Resistencia, Chaco. 2. Da Costa Benfica, D.; Goldenfum, J.; Lopez Da Silveira, A Verificação da aplicabilidade de padrões de chuva de projeto a Porto Alegre-RS, Brasil. En Hidrología Urbana na Bacia Do Prata, Pág. 123 a 138. Programa de Cooperación CAPES SETCIP. ABRH, Porto Alegre, Brasil. 3. Depettris, C.; Pilar, J Estudio de curvas IDF para el Área Metropolitana del Gran Resistencia. Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2001, UNNE, Campus Libertad, Corrientes. 4. Halcrow & Partners Estudio de regulación del valle aluvial de los ríos Paraná, Paraguay y Uruguay para el control de las inundaciones. SUCCE, Ministerio del Interior. Buenos Aires. 5. Paoli; Bolzicco, Cacik Análisis de frecuencia para la determinación de la crecida de diseño. FICH. Sta Fé.

5 6. Tucci, C., Bertoni, J Inundaciones urbanas en América del Sur. Global Water Partnership. World Meteorological Organization. ABRH, Porto Alegre. 7. Ven Te Chow, Maidment, D., Mays, L Hidrología aplicada. Ed. Mc Graw Hill, Santa Fé de Bogotá, Colombia. Págs