Calculo de la Precipitación Neta SCS (fundamentos)

1 Calculo de la Precipitaci n Neta mediante el m todo del Introducci n. Objetivos Un pluvi grafo registra la precipitaci n total ca da sobre la superficie. El objetivo es separar la parte de esa precipitaci n que ha generado escorrent a directa. A esa parte la llamamos P neta, P efectiva o P en exceso2. La P que no genera escorrent a queda como retenci n superficial o se infiltra. Posteriormente, este agua acabar evapotranspir ndose o llegando a la escorrent a subterr nea, pero esto no nos interesa en este momento: es agua perdida para la escorrent a directa, y la denominaremos abstracciones. La capacidad de infiltraci n del suelo va disminuyendo con el tiempo. Por esta raz n, parece que la delimitaci n de la P neta deber a seguir una curva descendente que refleje la disminuci n de la capacidad de infiltraci n del suelo (como se muestra en la figura ).

2 El m todo pr ctico que vamos a exponer aqu supone que el suelo retiene una cierta cantidad ca da al principio (por ej., los primeros 23 mm), y despu s de eso las abstracciones van disminuyendo progresivamente. Efectivamente, en la figura se aprecia que el porcentaje de precipitaci n que genera escorrent a va aumentando con el tiempo. Procedimiento de C lculo El procedimiento que estableci emp ricamente el Servicio de Conservaci n de Suelos USA (Mockus, V., 1964) y se ajusta a la idea esbozada en la figura Este organismo ha mantenido vigente el procedimiento (NRCS,2004, 2009) y lo implementa en el modelo TR-55 3. Tambi n se aplica en el modelo HMS (HEC, 2015). 1. Soil Conservation Service, actualmente NRCS (National Resources Conservation Service).

3 2. P en exceso procede de la traducci n literal del ingl s excess rainfall, y por ello es una denominaci n tan extendida. No parece adecuado decir que llueve en exceso (es decir: demasiado) si se trata de una cuenca que necesita agua en sus cauces superficiales. Precipitaci n efectiva es un t rmino ambiguo: aqu significa que produce escorrent a directa, pero en agricultura se refiere a la parte de la precipitaci n que contribuye al crecimiento de la planta. Precipitaci n neta generalmente se utiliza para la precipitaci n que produce escorrent a directa, aunque en otros estudios se refiere a la diferencia precipitaci n evaporaci n. Ingl s: excess rainfall, effective rainfall, net rainfall (o excess precipitation, etc.). Franc s: pluie excedentaire, pluie utile, pluie efficace, pluie nette.

4 3. Puede descargarse de : F. Javier S nchez San Rom n - Dpto. Geolog a - Univ. Salamanca (Espa a) P g 1. La clave para la aplicaci n del procedimiento es la precipitaci n inicial que no produce escorrent a directa. Esta magnitud se denomina abstracci n inicial o umbral de escorrent a. Para su evaluaci n se utlizan tablas en funci n del tipo de suelo (arenoso, arcilloso,..), uso del suelo (bosques, cultivos,..), pendiente, etc. Las tablas americanas proporcionan valores de CN. ( curve number , que es una funci n de la abstracci n inicial), mientras que las tablas espa olas indican valores del umbral de escorrent a (Po). C lculo para un nico dato de pluviometr a Los pasos a seguir son los siguientes: 1 ) C lculo del umbral de escorrent a, Po. ( o abstracci n inicial ).

5 Es un dato que aparece tabulado en funci n del uso de la superficie (bosque, cultivo, etc.), de la pendiente y del tipo de suelo (A, B, C D, de m s arenoso y permeable a m s arcilloso e impermeable). Finalmente hay que modificarlo si los d as anteriores han sido muy secos o muy h medos. Veremos esto con detalle m s adelante. 2 ) C lculo de la P neta4. Se utiliza la expresi n siguiente: ( P Po ) 2. Pn (1). P 4 Po donde: P = precipitaci n total registrada Pn = precipitaci n neta Po = abstracci n inicial o umbral de escorrent a Veremos la obtenci n de esta f rmula m s adelante. Ejemplo: Calcular la precipitaci n neta de una precipitaci n diaria total de 31 mm. Supongamos que hemos consultado las tablas y hemos obtenido un valor de Po de 12 mm. La P neta ser a igual a : (31 12) 2.

6 Pn 4, 6 mm 31 4 12. C lculo para un hietograma completo El proceso es el mismo, pero trabajando con las precipitaciones acumuladas (En este ejercicio se utilizan los datos con los que se ha dibujado la figura ) : 1 ) C lculo del umbral de escorrent a, Po. ( o abstracci n inicial ) horas P Pn P Pn Supongamos que hemos consultado las 1 11 11. tablas y hemos obtenido un valor de 2 8 19. Po = 43 mm 3 40 59. 2 ) A partir de los datos de precipitaci n (P), se calcula la precipitaci n acumulada 4 34 93. ( P), como se indica en la tabla adjunta: 5 13 106. 6 27 133. 7 3 136. 8 6 142. 4. En este punto, todos los autores explican que lo que se calcula es la escorrent a directa. Es la misma cosa, ya que definimos P neta como la que produce escorrent a directa.

7 Pero me parece m s adecuado referirme a Pneta, puesto que estoy separando una parte de toda la precipitaci n ca da. F. Javier S nchez San Rom n - Dpto. Geolog a - Univ. Salamanca (Espa a) P g 2. 3 ) Si Pt es menor que la abstracci n inicial (que suponemos que hemos evaluado en horas P P Pn Pn 43 mm) la Precipitaci n neta (Pn) es 0 (en este ejemplo, es el caso de las dos primeras horas). 1 11 11 0,00. Si la precipitaci n total ca da hasta el momento 2 8 19 0,00. ( Pt) supera la abstracci n inicial, aplicaremos 3 40 59 1,1. la f rmula (1) a la precipitaci n acumulada, 4 34 93 9,4. para lo que reescribimos dicha f rmula as : 5 13 106 14,3. ( P Po ) 2. Pn (2) 6 27 133 26,6. P 4 Po 7 3 136 28,1. En este ejemplo, para la hora 3, la 8 6 142 31,2. aplicaci n de la f rmula ser a: (59 43) 2.

8 Pn 1,11. 59 4 43. 4 ) Calculada la precipitaci n neta acumulada ( Pn), hay que desacumular esos datos en la ltima columna, simplemente restando cada horas P Pn P Pn valor de la columna Pn del anterior (9,43- 1 11 11 0,00 0,00. 1,11=8,43; etc). 2 8 19 0,00 0,00. La representaci n gr fica de este ejemplo 3 40 59 1,1 1,1. corresponde a la figura (b) de la primera 4 34 93 9,4 8,3. p gina. 5 13 106 14,3 4,9. Si hubi ramos registrado solamente el 6 27 133 26,6 12,3. total de la precipitaci n (142 mm) aplicando 7 3 136 28,1 1,5. la f rmula (1) se obtiene igualmente el dato 8 6 142 31,2 3,1. final de P neta= 31,2 mm. Fundamento del m todo, obtenci n de la f rmula Originalmente, este m todo se denomina el m todo del n mero de curva ( The Runoff Curve Number method ).

9 El umbral de escorrent a (Po) se nombra como abstracci n inicial (Ia), y lo que aqu hemos llamado Pn ( precipitaci n neta acumulada ), aparece como Escorrent a directa ( Runoff"). Estos conceptos son equivalentes, ya que el volumen acumulado de P neta ser igual al volumen de escorrent a directa producida. El procedimiento se basa en las dos hip tesis siguientes: 1 ) La Precipitaci n comienza a producir escorrent a directa (o comienza a producirse precipitaci n neta, Pn) cuando la precipitaci n total ca da hasta ese momento ( P) supera un umbral inicial, o abstracci n inicial (Ia). Se considera que ese umbral inicial es el 20% de la m xima abstracci n posible (S). 2 ) Puede establecerse la siguiente proporci n: Abstracci n producida P neta producida (3).

10 Abstracci n M xima P neta m xima El significado de esta segunda hip tesis es que si en un momento del transcurso de la precipitaci n la capacidad de abstracci n del suelo est al 30% de su capacidad m xima, hasta ese mismo momento habr generado escorrent a directa el 30% de la precipitaci n ca da (descontando la abstracci n inicial Ia). F. Javier S nchez San Rom n - Dpto. Geolog a - Univ. Salamanca (Espa a) P g 3. La precipitaci n ca da (menos la ( P - Ia) = Pn + Abstracci n producida abstracci n inicial) o ha escurrido superficialmente o ha sido abstra da: Despejando: Abstracci n producida = ( P - Ia) - Pn Abstracci n M xima = S. El m ximo valor posible de P neta (que P neta m xima = P Ia podr a generar escorrent a) ser a toda la ca da menos la abstracci n inicial (P= precipitaci n total; Pn=precipitaci n neta; Ia = abstracci n inicial).