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LLUVIAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUAS
LLUVIAS EN CHILE
Carlos Andrés Stappung Ruff
RESUMEN
La lluvia de diseño de un sistema de aguas lluvias es un tema relativamente complejo, puesto que depende del grado de seguridad ante las inundaciones que requiera la ciudadanía, o sea el período de retorno de la misma. Tradicionalmente para elegir el período de retorno de diseño se recurre a la bibliografía de otros países adoptando criterios similares; el presente trabajo pretende demostrar que las lluvias de otros países tienen características distintas a las que ocurren en Chile, por tanto no necesariamente se deben adoptar los mismos períodos de retorno para la lluvia de diseño.
En el presente trabajo se pretende hacer una comparación del fenómeno de las lluvias a nivel nacional de norte a sur e internacional en países como Argentina, Brasil, Estados Unidos, Canadá y España. Se realizan comparaciones de volumen precipitado anual, intensidad máxima diaria y horaria y recurrencia anual de las lluvias.
Se concluye que las lluvias en Chile tienen un comportamiento cuya intensidad máxima diaria no tiene necesariamente relación con el volumen anual precipitado. Estas lluvias a su vez son comparables en cuanto a precipitaciones diarias con las que ocurren en otros países, pero a nivel de precipitaciones horarias se encuentran significativas diferencias, que corresponden precisamente a aquellas duraciones que tienen relevancia para la evacuación y drenaje de aguas lluvias urbanas.
1. INTRODUCCIÓN.
La lluvia de diseño de un sistema de aguas lluvias es un tema relativamente complejo, puesto que depende del grado de seguridad ante las inundaciones que requiera la ciudadanía, o sea el período de retorno de la misma. Tradicionalmente para elegir el período de retorno de diseño se recurre a la bibliografía de otros países adoptando criterios similares; el presente trabajo pretende demostrar que las lluvias de otros países tienen características distintas a las que ocurren en Chile, por tanto no necesariamente se deben adoptar los mismos períodos de retorno para la lluvia de diseño.
En este trabajo se pretende hacer una comparación del fenómeno de las lluvias a nivel nacional e internacional en cuanto a volumen precipitado anual e intensidad máxima diaria y horaria y recurrencia anual de las lluvias, con tal de plantear que el período de retorno no debe ser único y los valores adoptados internacionalmente no necesariamente deben ser los mismos en Chile tal como se plantea en otro trabajo que se presenta en el presente Congreso.
2. VARIACIÓN DE LA LLUVIA EN CHILE DE NORTE A SUR.
Con tal de caracterizar la variabilidad de la lluvia a nivel nacional, en la TABLA 2.1 se encuentra la precipitación promedio anual, el promedio de días al año con lluvia, el promedio de precipitación por día de lluvia y la precipitación máxima diaria para un período de retorno de diez años en varias ciudades de Chile, de norte a sur. De aquí se desprende que existe una gran variabilidad de las precipitaciones, aumentando el volumen de la precipitación con la latitud alcanzando los mayores valores de volumen y días con lluvia en torno a la X y XI Regiones.
Por otra parte los valores más altos de precipitación promedio por día de lluvia se encuentran en torno a la VII y VIII Regiones. O sea, el fenómeno de la intensidad de la lluvia no necesariamente es proporcional al volumen anual precipitado, tal como se visualiza en la FIGURA 2.1 y FIGURA 2.2.
Del análisis de las precipitaciones máximas diarias para un período de retorno de diez años en las principales ciudades del país, se desprende que no existen grandes variaciones en el valor de la intensidad máxima diaria, variando en general entre 70 y 130 mm/día (86% de diferencia), alcanzándose los mayores valores en torno a la VII Región. Lo anterior se visualiza en la FIGURA 2.1. y FIGURA 2.2
3. PRECIPITACIONES MÁXIMAS DIARIAS Y SU RELACIÓN CON EL PERÍODO DE RETORNO.
En la TABLA 3.1 se encuentra la precipitación máxima diaria para períodos de retorno de dos, cinco, diez, veinticinco, cincuenta y cien años en algunas ciudades del país. Para un período de retorno de dos años se conocen valores entre 28 mm/día en Punta Arenas y 76 mm/día en Concepción (171% de diferencia) y para cien años se conocen valores entre 101 mm/día en Punta Arenas y 216 mm/día en San Fernando (114% de diferencia, sin incluir Armerillo).
En esta misma Tabla también se ha expresado la variación de la precipitación con respecto al período de retorno de diez años (coeficiente de frecuencia); así se tiene que el coeficiente de frecuencia para 100 años/10 años se conocen valores que varían entre 1,34 en Puerto Montt y 2,02 en Punta Arenas (es un 34 a 102 % mayor) y el coeficiente de frecuencia para 2 años/10 años varía entre 0,52 en Valparaíso y 0,69 en Puerto Montt (es un 48 a 31 % menor). La precipitación de período de retorno cien años tiene valores conocidos entre 110% y 261% superior a dos años (La Obra y Punta Arenas respectivamente).
Del análisis anterior se desprende que la relación existente en cuanto a la proporción de las precipitaciones de períodos de retorno superiores con los inferiores no es constante, pudiendo ser la precipitación de dos años entre un 52% a 69% de la de diez años.
En la TABLA 3.2 se encuentra la precipitación máxima diaria para períodos de retorno de dos, cinco, diez, veinticinco, cincuenta y cien años en algunos países de Sudamérica, Norteamérica y Europa. Para un período de retorno de dos años se conocen valores entre 22 mm/día en Okanagan Valley-Canadá y 108 mm/día en Florianó-polis-Brasil y para cien años se conocen valores entre 38 mm/día en Okanagan Valley-Canadá y 300 a 400 mm/día en España.
En esta misma Tabla también se ha expresado la variación de la precipitación con respecto al período de retorno de diez años llamado coeficiente de frecuencia; así se tiene que el coeficiente de frecuencia para 100 años/10 años varía entre 1,23 en Okanagan Valley-Canadá y 2,24 en Mendoza-Argentina y la fracción para 2 años/10 años varía entre 0,39 en Mendoza-Argentina y 0,75 en Iguazú-Argentina. La precipitación de período de retorno cien años con respecto a la de dos años se conocen valores en Iguazú-Argentina y Mendoza-Argentina de 68 y 477% superior respectivamente.
En otros países la relación entre precipitaciones de período de retorno superiores e inferiores es bastante variable, así por ejemplo en el caso de Argentina, la precipitación de dos años es entre un 39% y 75% de la de diez años.
En la FIGURA 3.1 se encuentran graficadas las precipitaciones máximas diarias en forma comparativa entre Chile y otros países para períodos de retorno de dos, diez y cien años.
Figura 2.1
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Figura 2.2
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Figura 3.1
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4. INTENSIDADES MÁXIMAS HORARIAS EN CHILE.
En la TABLA 4.1 se encuentra la intensidad máxima horaria entre 10 y 120 minutos que corresponde al rango usual en drenaje urbano de colectores primarios, para períodos de retorno de dos, cinco, diez, veinticinco, cincuenta y cien años en algunas ciudades de Chile extraídos de los estudios de Planes Maestros de Aguas Lluvias de la DOH-MOP; para el caso de Santiago se entregan resultados concordantes con estudios anteriores, así para un período de retorno de dos años encontramos valores entre 17 mm/h y 6 mm/h para 10 y 120 minutos respectivamente y para cien años valores entre 40 mm/h y 12 mm/h.
En las otras ciudades de Chile analizadas, para un período de retorno de dos años los valores están en el rango 15 - 41 mm/h y en el rango 4 - 13 mm/h para 10 y 120 minutos respectivamente y para cien años valores entre 51 y 90 mm/h y entre 14 y 28 mm/h., encontrándose los valores más altos en Concepción y los más bajos en Punta Arenas.
En esta misma Tabla también se ha expresado la variación de la precipitación con respecto al período de retorno de diez años (coeficiente de frecuencia); así se tiene que el coeficiente de frecuencia para 100 años/10 años varía entre 2,08 en Punta Arenas y 1,27 en Puerto Montt (es un 108 a 27% mayor, razón inferior para duraciones mayores) y el coeficiente de frecuencia para 2 años/10 años varía entre 0,50 en Valparaíso y 0,80 en Santiago (es un 50 a 20% menor, razón muy similar para distintas duraciones). La precipitación de período de retorno cien años comparada con dos años es superior en un 275% en Punta Arenas y 75% en P. Montt (en general razón inferior para duraciones mayores).
5. COMPARACIÓN DE INTENSIDADES MÁXIMAS HORARIAS.
La información recopilada de intensidades horarias en otros países y en Chile se puede observar en la FIGURA 5.1, FIGURA 5.2 y FIGURA 5.3 para períodos de retorno de dos, diez y cien años, separados por duraciones entre 2 y 24 hrs y entre 10 y 120 minutos.
Para duraciones menores se puede resumir como sigue:
a) Período de retorno de dos años, para:
b) Período de retorno de diez años, para:
c) Período de retorno de cien años, para:
El coeficiente de frecuencia o la razón entre precipitaciones de distinto período de retorno de otros países entrega una fracción que para 100 años/10 años varía entre 1,00 y 1,89 (razón superior para duraciones mayores) y la fracción para 2 años/10 años varía entre 0,56 y 0,83 (razón inferior para duraciones mayores).
Las precipitaciones de período de retorno cien años tienen valores entre 57 y 183% superiores a dos años (razón superior para duraciones mayores).
Para duraciones mayores entre 2 y 24 hrs. se deduce que las precipitaciones tienden a ser comparables para 24 hrs. entre las chilenas y las que ocurren en otros países, pero para lluvias menores (60 minutos o menos) las intensidades son significativamente menores, precisamente para aquellas intensidades para duraciones que interesan en el cálculo de la evacuación y drenaje de las aguas lluvias urbanas. Por lo tanto debe considerarse esta variable antes de utilizar resultados de la experiencia sobre drenaje de otros países.
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Figura 5.1
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Figura 5.2
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Figura 5.3
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6. CONCLUSIONES.
6.1. Las lluvias en Chile tienen un comportamiento cuya intensidad horaria no tiene necesariamente relación con el volumen anual precipitado.
6.2. Las lluvias en Chile son comparables en cuanto a precipitaciones diarias con las que ocurren en otros países, pero a nivel de precipitaciones horarias se encuentran significativas diferencias.
6.3. Las recomendaciones sobre los períodos de retorno de diseño utilizados en el extranjero, no necesariamente deben ser aplicados en Chile, puesto que en muchos casos las lluvias de otros países son de mayor intensidad y las realidades socioeconómicas muy distintas.
7. AGRADECIMIENTOS.
A la Dirección de Obras Hidráulicas del Ministerio de Obras Públicas, por facilitarme los antecedentes de precipitaciones de los estudios de Planes Maestros de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias que está realizando el Departamento de Proyectos.
Al Sr. Bonifacio Fernández L., profesor del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la Universidad Católica y Sr. César Méndez, de la Unidad de Aguas Lluvias de la DOH-MOP, por los importantes antecedentes facilitados sobre precipitaciones en otros países.
8. BIBLIOGRAFÍA.
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(2) Balance Hídrico de Chile, DGA-MOP. 1991.
(3) Precipitaciones Máximas en 1, 2 y 3 días, DGA-MOP. 1991.
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(5) Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias del Gran Viña del Mar, V Región. Etapa II. GSI-DOH-MOP. 1999.
(6) Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias del Gran Santiago, R.M. Etapa II. CADE-IDEPE-DOH-MOP. 1999.
(7) Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias de Rancagua y Machalí, VI Región. Etapa II. IFARLE-DOH-MOP. 1999.
(8) Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias de Concepción, VIII Región. Etapa II. CO-NIC-BF-DOH-MOP. 1999.
(9) Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias de Puerto Montt, X Región. Etapa II. A.y C. Cabrera-DOH-MOP. 1999.
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(17) Inundaciones y Redes de Drenaje Urbano. Monografía N°10. J.Dolz, M.Gómez y J.P.Martín, U. Politécnica de Cataluña.1992.
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