Formulación Matemática de Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia y Sus Implicaciones de Riesgo Hidrológico en el Diseño de Ingeniería Civil
Autores: Gutierrez-Lopez, Alfonso; Ramirez, Roberto Rico
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Formulación Matemática de Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia y Sus Implicaciones de Riesgo Hidrológico en el Diseño de Ingeniería Civil
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas aplicadas
Palabras clave
Intensidad
Duración
Frecuencia
Curvas IDF
Lluvia
Tormenta
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF), que relacionan la intensidad de la lluvia (i), la duración de la tormenta () y el período de retorno (T), son herramientas fundamentales para la planificación, diseño y operación de obras hidráulicas. Desde la formulación pionera de Sherman en 1931, muchas implementaciones modernas han omitido sistemáticamente el parámetro de desplazamiento de duración C, lo que provoca que las intensidades predichas diverjan hacia el infinito a medida que . Esta paradoja matemática se vuelve especialmente problemática bajo regímenes hidrológicos extremos y tormentas convectivas que superan los 300 mm/h, donde un ajuste de curva preciso es crítico. Aquí, primero revisamos las técnicas convencionales de ajuste de curvas IDF y sus limitaciones. Luego, introducimos IDF-GtzLo, una formulación novedosa e intuitiva que restablece y calibra C directamente a partir de estadísticas de tormentas observadas, asegurando intensidades finitas para todas las duraciones. Aplicado a 36 estaciones meteorológicas automáticas en México, nuestro método reduce el error cuadrático medio en un 23 % en comparación con el modelo clásico. Al eliminar la paradoja de la intensidad infinita y mejorar el rendimiento estadístico, IDF-GtzLo ofrece una base más confiable para la evaluación del riesgo hidrológico y el diseño de infraestructuras resilientes a extremos impulsados por el clima.
Descripción
Las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF), que relacionan la intensidad de la lluvia (i), la duración de la tormenta () y el período de retorno (T), son herramientas fundamentales para la planificación, diseño y operación de obras hidráulicas. Desde la formulación pionera de Sherman en 1931, muchas implementaciones modernas han omitido sistemáticamente el parámetro de desplazamiento de duración C, lo que provoca que las intensidades predichas diverjan hacia el infinito a medida que . Esta paradoja matemática se vuelve especialmente problemática bajo regímenes hidrológicos extremos y tormentas convectivas que superan los 300 mm/h, donde un ajuste de curva preciso es crítico. Aquí, primero revisamos las técnicas convencionales de ajuste de curvas IDF y sus limitaciones. Luego, introducimos IDF-GtzLo, una formulación novedosa e intuitiva que restablece y calibra C directamente a partir de estadísticas de tormentas observadas, asegurando intensidades finitas para todas las duraciones. Aplicado a 36 estaciones meteorológicas automáticas en México, nuestro método reduce el error cuadrático medio en un 23 % en comparación con el modelo clásico. Al eliminar la paradoja de la intensidad infinita y mejorar el rendimiento estadístico, IDF-GtzLo ofrece una base más confiable para la evaluación del riesgo hidrológico y el diseño de infraestructuras resilientes a extremos impulsados por el clima.