1 Taller sobre Estudios Hidrolgicos en reas Serranas

1º Taller sobre "Estudios Hidrológicos en Áreas Serranas de la Provincia de Córdoba”. Córdoba, 2011 DETERMINACIÓN DE TORMENTAS DE PROYECTO EN ZONA MONTAÑOSA DE CENTROAMÉRICA CON ESCASA Y VARIADA DISPONIBILIDAD DE DATOS DE LLUVIA EN CUENCAS DE GRAN EXTENSIÓN - EL SALVADOR - Juan Pablo Brarda Cátedra de Hidrología y Procesos Hidráulicos, FCEFy. N - UNC

PLAN DE PRESENTACIÓN • Objetivos del Estudio • Introducción del lugar de trabajo • Metodología utilizada para el desarrollo de los Estudios • Breve reseña acerca de la disponibilidad de datos • Análisis de resultados obtenidos • Conclusiones y Recomendaciones

OBJETIVOS DEL ESTUDIO • Obtención de información de base para el desarrollo de los Estudios Hidrológicos. Análisis y Evaluación. • Caracterización In-Situ de la región desde el punto de vista hidrológico e hidráulico. • Elaboración de una metodología rápida y sencilla para la determinación de las Lluvias de Proyecto. • Obtención de los Caudales de Proyecto de cada cruce hidráulico para diferentes Tiempos de Retorno. • Dimensionado y Verificación de las Obras Hidráulicas (puentes, alcantarillas, cunetas, saltos, etc. ). • Estimación de la Socavación en Pilas y Estribos de Puentes.

INTRODUCCIÓN q. Limita al Norte con la República de Honduras, al Sur con el Océano Pacifico (307 KM. de costa), al Este con la República de Honduras y la República de Nicaragua (Golfo de Fonseca de por medio), y al Oeste con la República de Guatemala. q. Aproximadamente 21, 040. 79 Km² (para efectos de cálculo se recomienda usar esta superficie, por no estar totalmente definido el límite con la República de Honduras. La Población total es de aprox. 7. 500. 000 habitantes distribuidos en los catorce departamentos.

INTRODUCCIÓN Uno de los rasgos importantes del clima de El Salvador es la existencia de una variación térmica anual relativamente pequeña, con la ocurrencia de los mayores valores hacia el mes de abril y una disminución hacia los meses de diciembre y enero, que aparecen como los más fríos del año, la temperatura anual fluctúa entre 24. 2ºC y 25. 9ºC, con una media de 24. 8ºC. El clima es tropical lluvioso de mayo a octubre y seco entre noviembre y abril; la precipitación anual varía entre 1, 525 a 2, 127 mm/año, con una media de 1, 824 mm/año; aproximadamente el 86% del territorio está clasificado como bosque húmedo subtropical, el 8% como bosque muy húmedo subtropical y el 4% como bosque húmedo tropical.

INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO • El proyecto está localizado a lo largo de toda la zona norte del país El Salvador, desde la Frontera con Guatemala hasta la Frontera con Honduras, con una longitud aproximada de 605. 896 kilómetros. • El proyecto consiste en la apertura, rehabilitación y mejoramiento de 605. 896 Kilómetros de vías clasificadas como secundarias y terciarias modificadas, ubicadas en la zona norte de El Salvador, de los cuales 289. 145 km corresponden a la Vialidad Principal (Carretera Longitudinal del Norte (CLN). • En total se identificaron aproximadamente 50 puentes a proyectar y unas 3000 dealcantarillas Sobre un área drenaje de o cruces de agua menores a lo largo de todo el tramo. aproximadamente 18. 176 km 2 se procedió a la elaboración de distintas Curvas IDF en función de datos pluviográficos, pluviométricos e hidrométricos de distintas estaciones de medición dentro de la zona norte de El Salvador (Centroamérica)

INTRODUCCIÓN A lo largo de todo el desarrollo de la carretera y de sus vías transversales se presentan un sinnúmero de situaciones particulares en relación al drenaje. Sin embargo, a los fines de la definición metodológica, estas situaciones han sido tipificadas en tres casos básicos, indicados a continuación: §cruces sobre el río Lempa (o cruces de “Tipo I”) §cruces sobre otros ríos (menores) (o cruces de “Tipo II”) §cruces sobre cursos efímeros, o “quebradas de invierno” (o cruces de “Tipo III”)

METODOLOGÍA UTILIZADA • ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS E INTENSIDADES Se ha realizado un extenso análisis basado en una metodología diseñada “ad-hoc”, que intentó extraer el máximo de informaciones con base en los datos disponibles. Dado que en El Salvador la gran mayoría de las estaciones pluviográficas no posee registros actualizados que permitan incorporar en sus series a los años 1998 y 2005 (años con lluvias severas), se procede inicialmente a la selección de aquellas estaciones pluviográficas que son adoptadas como estaciones pluviográficas “patrones”. La definición de estas estaciones patrones obedece al siguiente criterio: §confiabilidad de la información, según informaciones suministradas por el SNET; §extensión de sus registros, en particular hasta el año 2005 o 2006; §localización plani-altimétrica de la estación.

METODOLOGÍA UTILIZADA Definición del Comportamiento de Estaciones Pluviográficas Patrones Para cada una de las estaciones pluviográficas seleccionadas se procede a la estimación de las curvas intensidad-duración-frecuencia (i-d-f) correspondientes a dos períodos típicos: -serie larga (completa) -serie corta (incompleta). La serie completa incorpora a la totalidad de los registros disponibles (considerando fundamentalmente la inclusión de los años 1998 -Tormenta MITCH y 2005 -Tormenta STAN). La serie corta (o incompleta) trata de representar a las series disponibles en la mayoría de las series pluviográficas de la región, que generalmente se han extendido entre 1960 y 1980 aproximadamente. En la determinación de las curvas i-d-f son contemplados los siguientes aspectos: • Análisis de duraciones de lluvia como mínimo entre 5 min. y 90 min. • Transformación de los valores básicos de intensidad de lluvia a la correspondiente lámina precipitada, de modo de verificar que dicha lámina sea no decreciente en función del tiempo. • Análisis de datos dudosos según metodología propuesta por Chow (1998). • Ajuste de frecuencia de las series correspondientes a las distintas duraciones según el paquete estadístico HYFRAN©, seleccionando aquella distribución probabilística que se considere más apropiada. • Determinación de intensidad (o láminas) correspondientes a las siguientes recurrencias: 2, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 años.

METODOLOGÍA UTILIZADA Finalmente, se procede a la comparación (gráfica y tabular) de los valores correspondientes a las series completa e incompleta, deduciéndose patrones de comportamiento (incrementos positivos o negativos típicos) que permitan transformar las intensidades deducidas a partir de series cortas en intensidades representativas de las series largas. De esta forma, se definen coeficientes de mayoración (relación entre series largas y cortas), que podrán variar (o no) en función de la recurrencia. Complementariamente, se procede a determinar las relaciones entre duraciones correspondientes a las láminas intensas deducidas para las series largas. Ello permitirá, luego de obtener las láminas diarias para distintas recurrencias de las Estaciones Pluviométricas, efectuar la transformación de láminas diarias a láminas máximas de 24 h.

METODOLOGÍA UTILIZADA Selección de Estaciones Pluviográficas Representativas Con base en el mapa de la red pluviográfica se procede a seleccionar aquellas estaciones más representativas correspondientes a cada sector de la carretera. Para ello son considerados los siguientes factores: -localización planialtimétrica de la estación pluviográfica; -longitud de la serie de registros; -incorporación de los años 1998 y 2005; -confiabilidad de los datos según el SNET. Para definir la región de influencia (o de aplicabilidad primaria) de una estación pluviográfica son considerados los siguientes criterios (Pierrehumbert, 1977): -diferencia de nivel topográfico menor a 200 m; -topografía similar en un radio de 5 km alrededor de ambos lugares; -diferencia menor de 100 mm. de lluvia mdia anual, si ésta no llega a 1000 mm. ; -diferencia menor de un 10 % en zonas más húmedas; -ubicación en la misma vertiente hidrológica; -separación no mayor de 150 km. Estos criterios pueden ser eventualmente flexibilizados en función de otros elementos de análisis (inexistencia de otras fuentes de datos, etc. ).

METODOLOGÍA UTILIZADA Determinación de Curvas I-D-F de Estaciones Pluviográficas Representativas Siguiendo un procedimiento similar al indicado previamente, se determinan las curvas i-d-f a partir de las series disponibles para cada una de las estaciones representativas. Si las series disponibles no incorporaran a los años críticos (1998 y 2005) los valores finales de intensidad asociados a cada recurrencia surgen de aplicar los coeficientes de mayoración definidos previamente para las estaciones patrones. Tratamiento Estadístico de las Informaciones • Pruebas de Hipótesis adoptadas para las Series analizadas: Fueron realizados distintos tipos de análisis estadísticos de tipo paramétrico y no paramétrico para estudiar las condiciones de independencia, tendenciosidad y homogeneidad de las distintas series. Las metodologías empleadas en estos análisis fueron: • Análisis de Independencia de la Serie (prueba Wald-Wolfowitz) • Análisis de Tendencia (prueba Kendall) • Análisis de Homogeneidad (prueba Wilcoxon) Para estos análisis fue empleado el paquete estadístico HYFRAN©, desarrollado por la Cátedra de Hidrología Estadística CRNSG-INRS-Eau/Hydro-Quebéc (Département d’Hydrologie) /Alcan. A los efectos del Análisis de Frecuencia fueron ajustadas distintas funciones de frecuencia (o modelos probabilísticos). Los mismos incluyeron los modelos Log Pearson III, de Valores Extremos Generalizados (GEV), Gumbel y Log Normal de 3 parámetros.

RESEÑA ACERCA DE LA DISPONIBILIDAD DE DATOS Para la realización de los estudios hidrológicos se recabaron datos pluviográficos y pluviométricos de distintas estaciones de Medición de Precipitación en la zona norte del País. Del total de estaciones analizadas solo en un porcentaje medio a bajo (30 %) se contó con información (registros de datos medidos) suficientes para realizar un análisis acabado de precipitaciones máximas asociadas a tiempos de recurrencia altos. Algunas Estaciones Pluviométricas se extienden hasta el presente pero no cuentan con cierta continuidad en la medición a lo largo del tiempo. En general los registros comienzan a inicio de la década del 60. La única estación pluviográfica de todo el país que cuenta con datos de más de 45 años ininterrumpidos es la Estación Aeropuerto Ilopango. Esta estación se encuentra en la región central de El Salvador.

RESEÑA ACERCA DE LA DISPONIBILIDAD DE DATOS Período de serie de datos registrados a lo largo del tiempo. De la observación se deduce que son muy escasos los años con registros de lluvias.

RESEÑA ACERCA DE LA DISPONIBILIDAD DE DATOS ESTACIÓN PATRÓN ESTACIONES REPRESENTATIVAS

ANÁLISIS DE RESULTADOS Precipitación Promedio Anual. Estaciones Pluviográficas y Pluviométricas analizadas

ANÁLISIS DE RESULTADOS 23 Estaciones Proceso de selección - Confiabilidad de la información, según informaciones suministradas por el SNET; - Extensión de sus registros, en particular hasta el año 2005 o 2006; - localización plani-altimétrica de la estación. 7 Estaciones Selecccionadas Radio de cobertura de cada estación se estima cercano a 1200 km 2

ANÁLISIS DE RESULTADOS ESTACIÓN PATRÓN “Ilopango” Curva IDF resultante Serie Larga vs. Serie Corta

ANÁLISIS DE RESULTADOS ESTACIÓN PATRÓN “Ilopango” Comparación de Curvas IDF (Serie Larga vs. Serie Corta) Si se comparan ambas curvas se nota un marcado incremento para duraciones menores a 120 minutos y tiempos de retorno mayores a 50 años. Con estos factores incrementales se procedió a transformar las series cortas del resto de las estaciones pluviográficas en series largas.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El estudio hidrológico contempló la caracterización de cuencas, obtención de Tormentas de Proyecto, cálculo de Caudales de Escurrimiento para todos los Cruces Tipo II y Tipo III y definición de caudales sobre los Puentes en el Río Lempa teniendo en cuenta todos los aspectos hidrológicos hidráulicos que presenta esta cuenca (Presas, , etc. ). Sobre un área de drenaje de aproximadamente 18. 176 km 2 se procedió a la elaboración de distintas Curvas IDF en función de datos pluviográficos, pluviométricos e hidrométricos de distintas estaciones de medición dentro de la zona norte de El Salvador (Centroamérica). Tiene un desarrollo de más de 600 km de extensión entre vías principales y secundarias. La información con la que se contó fue escasa y muy variada, no solo en ubicación territorial dentro de la cuenca, sino también en cuanto a la longitud de años registrados. Por ello se procedió a identificar estaciones de medición de precipitación patrones y representativas Se procedió al tratamiento básico de la información pluviográfica y pluviométrica, a través de un análisis estadístico. Luego con toda la información ya procesada se procedió a la estimación básica de las Curvas Intensidad-Duración Frecuencia

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Como algunas estaciones de medición poseían datos de series más largas (mayor cantidad de años registrados), se procedió a realizar una transformación de series cortas a largas a través de un factor multiplicador De esta forma se logró prolongar las series cortas y transformarlas a series largas contemplando los fenómenos meteorológicos registrados en las últimas décadas. Así, se definirán coeficientes de mayoración (relación entre series largas y cortas), que podrán variar (o no) en función de la recurrencia. De esta forma se estimaron curvas I-D-F en toda la zona bajo estudio en la cuales se contempló los eventos meteorológicos severos producidos en el País (Tormenta Stan y Mitch). Se recomienda iniciar políticas de gestión para incrementar los puntos de medición pliviográficos e hidrométricos en dstintas zonas del País, principalmente la región bajo estudio, a fin de poder caracterizar mejor aún el comportamiento hidrológico de las cuencas del noerte del pais. Para ello se recomienda trabajar mancomunadamente con organismos nacionales como SNET con amplia trayectoria y experiencia en Sistemas de medición en El Salvador.