Predicción de lluvias máximas para diseño hidrológico. Desarrollo experimental en la provincia de Tucumán.

Abstract

Los excedentes hídricos producto de eventos meteorológicos extremos representan una amenaza, cuyo impacto puede mitigarse mediante la implementación de las adecuadas medidas estructurales y no estructurales. El proyecto de dichas medidas requiere de un caudal de diseño, que represente el mayor previsible para cierto período futuro, establecido según el riesgo de falla asumido. La escasez de series históricas de aforos lleva, habitualmente, a su evaluación indirecta a partir de una transformación lluvia ? caudal. Sin embargo, la estimación de la lluvia de diseño es compleja dado que no basta con definir su magnitud, si no que se debe reflejar la variabilidad temporal del fenómeno y su estructura geográfica.En la presente tesis se propone una metodología para la determinación de la lluvia de diseño, tomando como sistema experimental a la provincia de Tucumán. Para ello se parte de tecnología integrada, desarrollada en la provincia de Córdoba, donde se plantean innovaciones metodológicas que contribuyen a su perfeccionamiento. Algunas de las propuestas pretenden salvar áreas de vacancia dentro de la metodología preexistente y otras se realizan a partir del condicionamiento que imponen las condiciones locales y la información disponible. El procedimiento a seguir requiere, en primera instancia, la estimación de la magnitud de la lluvia futura. Para ello, se distinguen dos metodologías diferenciadas según la escala de diseño hidrológico: los proyectos de gran envergadura, se calculan considerando el Valor Límite Estimado o Precipitación Máxima Probable, mientras que obras medianas y pequeñas se dimensionan empleando un modelo probabilístico denominado relación intensidad ? duración ? recurrencia (i-d-T). Para el primer caso, se propone en esta tesis una metodología novedosa para estimar estadísticamente la PMP, basada en series aleatorias sintéticas e independiente de los registros locales, mientras que para el segundo caso, se calibra el modelo DIT (Caamaño Nelli y García, 1999), incorporando un análisis de la incidencia del lapso de medición de la lluvia, producto del uso de pluviómetros de alta frecuencia.Una vez establecida la magnitud de la lluvia resta definir su distribución temporal a través de un Hietograma Tipo, para lo cual se evaluan seis estrategias derivando la solución óptima según la información disponible. Luego, como el área medida es siempre una muestra ínfima de la cuenca y el máximo allí predicho no ocurrirá simultáneamente en todos los puntos, se ajusta un algoritmo de atenuación, que convierte la lluvia puntual en una media areal. El ajuste se realiza según un enfoque original que contempla la escala de los eventos meteorológicos.Por último, se propone la regionalización de los parámetros de los modelos de predicción empleando herramientas de la geoestadística, que contemplan la estructura de autocorrelación espacial y cuantifican el error de la interpolación permitiendo evaluar su validez.Los resultados de esta tesis consolidan la tecnología integrada empleada para predicción de lluvias de diseño, cuyo uso se ha difundido en los últimos años a gran parte del país. Los mismos representan una herramienta fundamental para el correcto diseño de obras hidráulicas y planificación urbana y rural en la región.

The hydric excess product of extreme weather events represents a threat, whose impact can be mitigated through the implementation of appropriate structural and non-structural measures. The design of these measures requires a design flow, which represents the largest predictable for a certain future period, established according to the risk of failure assumed. The scarcity of historical gauging series usually leads to its indirect evaluation based on a rain - flow transformation. However, the estimate of the design rainfall is complex since it is not enough to define its magnitude, but also must be reflected the temporal variability of the phenomenon and its geographical structure. In the present thesis a methodology for the determination of design rainfall is proposed, taking as experimental system the province of Tucumán. The procedure is based on integrated technology, developed in the province of Córdoba, where methodological innovations are included that contribute to its improvement. Some of the proposals intend to save vacancy areas within the preexisting methodology and others are made based on the conditioning imposed by local conditions and available information. The first step is the estimation of the magnitude of the future rainfall. To do this, two differentiated methodologies are distinguished according to the scale of hydrological design: large-scale projects are calculated considering the Estimated Limit Value or Maximum Probable Precipitation, while medium and small works are sized using a probabilistic model called intensity-duration-frequency relationship (i-d-T). For the first case, a novel methodology is proposed to statistically estimate the PMP, based on synthetic random series and independent of the local data, while for the second case, the DIT model is calibrated (Caamaño Nelli y García, 1999 ), incorporating an analysis of the incidence of the lapse of rain measurement, product of the use of high frequency rain gauges. Once the magnitude of the rain has been established, it is necessary to define its temporal distribution through a hyetograph, for which six strategies are evaluated, deriving the optimal solution according to the available information. Then, as the measured area is always a tiny sample of the basin and the maximum predicted there will not occur simultaneously in every place, an attenuation algorithm is adjusted, which converts the punctual rainfall into an areal mean. The adjustment is made according to an original approach that considers the scale of meteorological events. Finally, we propose the regionalization of the parameters of the prediction models using geostatistical tools, which contemplate the structure of spatial autocorrelation and quantify the error of the spatial interpolation, evaluating its validity. The results of this thesis consolidate the integrated technology used to predict rainfall design, whose use has spread in recent years to a large portion of Argentina. They also represent a fundamental tool for the correct design of hydraulic works and urban and rural planning in the region.