Simulación estocástica de la lluvia en tiempo continuo para un clima húmedo de la Cornisa Cantábrica
- Autores: Juan Pablo Rebolé
- Directores de la Tesis: Javier López Rodríguez (dir. tes.), Adela García Guzmán (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Pública de Navarra ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Roldán Cañas (presid.), Faustino N. Gimena Ramos (secret.), José Luis Ayuso Muñoz (voc.), Javier González Pérez (voc.), Teodoro Estrela Monreal (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La lluvia es el resultado de una serie de procesos atmosféricos complejos sobre los que influyen numerosos factores. Esta complejidad hace que la simulación de la misma en una base física sea prácticamente inviable, obligando a acudir a esquemas estocásticos que se basan en algunas características observadas, como los procesos de renovación alternativa, que, en el caso de que las duraciones de los sucesos se puedan describir mediante funciones de tipo exponencial, permiten la introducción de cadenas de Markov para explicar la ocurrencia de lluvia para distintos intervalos de tiempo (Todorovic y Woolhiser, 1975). Así, el proceso secuencial de la lluvia se define como una serie temporal en la que se alternan eventos de lluvia (periodos en los que se registra lluvia) con eventos de no-lluvia (periodos en los que no hay registro de lluvia).
Por ello, se han caracterizado las variables involucradas en el proceso secuencial de la lluvia: duración del evento de lluvia, duración del evento de lluvia, duración del evento de no-lluvia, intensidad media de lluvia en el evento de lluvia, y, por último, distribución temporal de la cantidad de lluvia dentro del evento de lluvia. Se analizan las series de datos de los observatorios de Igueldo-San Sebastián y Hondarribia/Fuenterrabia Aeropuerto, ubicadas en una zona de clima húmedo, representativa de Guipúzcoa y zona cantábrica de Navarra, con los datos cada diez minutos, y agregando los intervalos de seis en seis, con agregación horaria. Puede aceptarse como válida la caracterización en el caso horario para las cuatro variables descritas. La distribución de la cantidad de precipitación dentro de cada acontecimiento de lluvia mediante el yetograma adimensional acumulado, se ajusta a la función de distribución Beta, la intensidad media horaria de la lluvia a la función de distribución Weibull, la duración de las lluvias a la función exponencial (Gamma en el caso diezminutal), y las duraciones de los períodos secos entre lluvias a la función mixta exponencial (Gamma en el caso diezminutal) truncada. Se ha aplicado en todos los casos para la obtención de los mismos el método de máxima verosimilitud, ya que se comporta mejor que el método de los momentos.
Con los parámetros obtenidos del ajuste a las funciones anteriores, como objetivo primordial de esta tesis, se ha implementado un modelo estocástico de simulación del proceso secuencial de la lluvia, mediante una cadena de Markov de tres estados (Hutchinson, 1990). El modelo seguido es el de García-Guzmán (1993) y Castro et al. (1997, 2005) en base horaria, y se ha adaptado para las series cada diez minutos, mediante un proceso de renovación alternativa (Heyman y Sobel, 1982). Los resultados de la simulación son válidos en el caso horario para las cuatro variables descritas, siendo ligeramente mejor en Fuenterrabia que en Igueldo. En cuanto a las variables extraídas de las series de datos, y que no se han utilizado para el ajuste (precipitación caída por hora, precipitación máxima en una hora y precipitación caída en cada suceso), el modelo es adecuado, lo que muestra la solidez del mismo.
Las variables del ajuste se consideran bien simuladas con los datos cada diez minutos, también en las duraciones de lluvias y no-lluvias mayores de 1 hora, que son las que generan las precipitaciones de mayor entidad cara al diseño hidrológico de obras de desagüe y retención de avenidas. Para duraciones menores no es tan adecuada la simulación. La razón puede ser el excesivo número de sucesos simulados, que provoca una mayor fragmentación de las lluvias, lo que se traduce en un exceso de lluvias -cortas-(menores de 1 hora), y por tanto también de los sucesos entre lluvias, frente a la que se produce en la series reales.
Se han obtenido las curvas IDF de las series simuladas, siendo el comportamiento muy aceptable en Fuenterrabia, mostrando el modelo mayores diferencias en la estación de Igueldo, debido a que no es capaz de simular suficientemente la existencia de sucesos fuera de rango.
En general, puede decirse que las variables, tanto las utilizadas para la caracterización como las no utilizadas para la misma, se han simulado mejor con los datos de la Estación de Fuenterrabia que en la de Igueldo. Se constata en aquélla una menor duración de la seri y mayor compacidad en la misma (con un proporcionalmente menor número de períodos sin dato). El número total de sucesos sin dato es mayor en Igueldo que en Fuenterrabia, mientras que la duración media de los mismos es mayor en Fuenterrabia que en Igueldo.
