Efecto de la No Estacionariedad de los Eventos de Lluvia en el Diseño de Estructuras Hidráulicas para la Gestión de Escorrentías y Sus Aplicaciones a un Estudio de Caso en la Cuenca del Arroyo Gordo en Cartagena de Indias, Colombia
Autores: Gonzalez-Alvarez, Alvaro; Coronado-Hernández, Oscar E.; Fuertes-Miquel, Vicente S.; Ramos, Helena M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Efecto de la No Estacionariedad de los Eventos de Lluvia en el Diseño de Estructuras Hidráulicas para la Gestión de Escorrentías y Sus Aplicaciones a un Estudio de Caso en la Cuenca del Arroyo Gordo en Cartagena de Indias, Colombia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Precipitación
Condiciones no estacionarias
Períodos de retorno
Análisis de frecuencia
Escorrentía superficial directa
Estructuras hidráulicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se analizaron las observaciones de la precipitación máxima de 24 horas (P24h-max) registradas en la estación meteorológica sinótica del aeropuerto Rafael Núñez (Cartagena de Indias, Colombia), y se identificó una tendencia lineal creciente a lo largo del tiempo. También se notó que la ocurrencia del valor de precipitación (a lo largo de los años de registro) para un período de retorno de 10 años bajo condiciones estacionarias (148.1 mm) aumentó, lo que evidencia un cambio en los patrones de precipitación. En estos casos, el análisis típico de frecuencia estacionaria no puede capturar tal cambio. Por lo tanto, para evaluar más a fondo las observaciones de precipitación, se llevaron a cabo análisis de frecuencia de P24h-max para condiciones estacionarias y no estacionarias (utilizando la distribución de valor extremo generalizado). La prueba de bondad de ajuste del Criterio de Información de Akaike (AIC), con valores de 753.3721 y 747.5103 para condiciones estacionarias y no estacionarias respectivamente, mostró que esta última representa mejor el patrón creciente de precipitación. Posteriormente, se estimaron los valores de precipitación para diferentes períodos de retorno (2, 5, 10, 25, 50 y 100 años) para cuantificar el aumento (condición no estacionaria frente a estacionaria), que osciló entre el 6% y el 12% para períodos de retorno de 5 a 100 años, y el 44% para un período de retorno de 2 años. El efecto de estos hallazgos se probó en la cuenca del arroyo Gordo, calculando primero el escurrimiento superficial directo resultante (DSR) para varios períodos de retorno, y luego modelando el comportamiento hidráulico del área aguas abajo (compuesta por un tramo de arroyo de 178.5 m y un alcantarillado existente ubicado en la salida de la cuenca) que sufre eventos de inundación cada año. El aumento del DSR resultante osciló entre el 8% y el 19% para períodos de retorno de 5 a 100 años, y el 77% para un período de retorno de 2 años cuando se compararon los escenarios no estacionarios y estacionarios. Los resultados de este estudio arrojan luz sobre las precauciones que los diseñadores deben tomar al seleccionar un diseño, basado en la precipitación observada, ya que puede resultar en una subestimación tanto del escurrimiento superficial directo como del tamaño de las estructuras hidráulicas para la gestión del escurrimiento y las inundaciones en toda la ciudad.
Descripción
Se analizaron las observaciones de la precipitación máxima de 24 horas (P24h-max) registradas en la estación meteorológica sinótica del aeropuerto Rafael Núñez (Cartagena de Indias, Colombia), y se identificó una tendencia lineal creciente a lo largo del tiempo. También se notó que la ocurrencia del valor de precipitación (a lo largo de los años de registro) para un período de retorno de 10 años bajo condiciones estacionarias (148.1 mm) aumentó, lo que evidencia un cambio en los patrones de precipitación. En estos casos, el análisis típico de frecuencia estacionaria no puede capturar tal cambio. Por lo tanto, para evaluar más a fondo las observaciones de precipitación, se llevaron a cabo análisis de frecuencia de P24h-max para condiciones estacionarias y no estacionarias (utilizando la distribución de valor extremo generalizado). La prueba de bondad de ajuste del Criterio de Información de Akaike (AIC), con valores de 753.3721 y 747.5103 para condiciones estacionarias y no estacionarias respectivamente, mostró que esta última representa mejor el patrón creciente de precipitación. Posteriormente, se estimaron los valores de precipitación para diferentes períodos de retorno (2, 5, 10, 25, 50 y 100 años) para cuantificar el aumento (condición no estacionaria frente a estacionaria), que osciló entre el 6% y el 12% para períodos de retorno de 5 a 100 años, y el 44% para un período de retorno de 2 años. El efecto de estos hallazgos se probó en la cuenca del arroyo Gordo, calculando primero el escurrimiento superficial directo resultante (DSR) para varios períodos de retorno, y luego modelando el comportamiento hidráulico del área aguas abajo (compuesta por un tramo de arroyo de 178.5 m y un alcantarillado existente ubicado en la salida de la cuenca) que sufre eventos de inundación cada año. El aumento del DSR resultante osciló entre el 8% y el 19% para períodos de retorno de 5 a 100 años, y el 77% para un período de retorno de 2 años cuando se compararon los escenarios no estacionarios y estacionarios. Los resultados de este estudio arrojan luz sobre las precauciones que los diseñadores deben tomar al seleccionar un diseño, basado en la precipitación observada, ya que puede resultar en una subestimación tanto del escurrimiento superficial directo como del tamaño de las estructuras hidráulicas para la gestión del escurrimiento y las inundaciones en toda la ciudad.