Rutas hidrológicas : recordando a un colega por los senderos de la hidrología

R ECORDANDO A UN COLEGA POR LOS SENDEROS DE LA HIDROLOGÍA R UTAS H IDROLÓGICAS 126 fenómenos de escala sinóptica para resolver la Ecuación (1), tanto para días húmedos, como en días sin precipitación pero donde ocurra saturación, permitirá mejorar las estimaciones de esta variable crucial desde un punto de vista dinámico y más allá de los típicos criterios utilizados, pero vigentes en el diseño de importantes obras hidráulicas en el país (DGA, 1995; Dirección de Vialidad, 2017), donde se supone simplemente una elevación de línea de nieves estática. P RECIPITACIÓN COMO ORIGEN FÍSICO Y CASO TEÓRICO CON MODELO LINEAL DE PRECIPITACIÓN OROGRÁFICA La ocurrencia de la precipitación en meteorología es un proceso más bien complejo que comienza con la condensación y procesos de coalición-coalescencia que se desarrollan dentro de una nube (Wallace and Hobbs, 2006). La eficiencia en la producción de hidrometeoros, así como los tiempos que le tomará a una gota de agua en alcanzar la superficie son tiempos microfísicos relevantes, que dependiendo de la velocidad de desplazamiento de la nube repercutirán en el lugar de caída de la partícula de precipitación. Del mismo modo, si el tiempo transcurrido entre que un hidrometeoro abandona la nube es suficientemente alto y las condiciones atmosféricas lo permiten, este puede experimentar evaporación, derretimiento y/o sublimación, según corresponda. Para los Andes extra tropicales existe una importante evidencia de un incremento de precipitación con la elevación. Viale y Garreaud (2015), analizaron la precipitación diaria observada entre las latitudes 33° y 44°S, encontrando que, en general, se tiene que las estaciones ubicadas en la zona de pendiente barlovento registran en general dos veces más precipitación que en las zonas más bajas viento arriba de las barreras montañosas, resultado similar al obtenido por Falvey y Garreaud (2007). Scaff et al. (2007), reportó un gradiente medio de 6,3 [mm/km] en 30°S, encontrando rangos de variación para eventos puntuales de -42 a 52 [mm/km]. El efecto de remover la cordillera de los Andes en modelos numéricos que resuelven la física completa de la atmósfera son concluyentes respecto al rol de los Andes en el incremento de montos de precipitación (eg. Barret et al., 2009; Viale, 2010), de modo que, al no existir los Andes, las precipitaciones serían sustancialmente menores. Para que ocurra precipitación debe necesariamente existir ascenso que se favorece en condiciones de inestabilidad atmosférica para eventos convectivos, o por efectos dinámicos al enfrentar topografía como el ascenso orográfico en atmósferas típicamente estables. La Frecuencia de Brunt-Vaisälä (Ecuación 4), es una medida típica en meteorología para cuantificar inestabilidades. En el cálculo de , se compara que tan distinta es un gradiente vertical de temperatura observada respecto a una atmósfera seca. Para valores bajos de , se está en condiciones de inestabilidad mientras que para valores altos se estará en condiciones de estabilidad (Wallace y Hobbs, 2006). = [ (Γ − Γ )] 0.5 (4) Donde: : Aceleración de gravedad : Temperatura de referencia de la atmósfera. La frecuencia de Brunt-Vaisälä además permite definir el número de Froude de la dinámica del flujo atmosférico que viaja a una velocidad al enfrentarse a una barrera montañosa de altura ℎ . = ℎ (5) Para condiciones de > 1⁡ se tendrá un flujo sobre la barrera montañosa, mientras que en caso contrario el flujo se dará a través de ella para una montaña individual o se desplazará hacia el norte o el sur al enfrentarse a una barrera montañosa de extensión horizontal significativa. La condición de < 1 se conoce como bloqueo orográfico y se traduce en precipitaciones máximas en el valle, en caso contrario las precipitaciones serán máximas en la pendiente de barlovento y de mayor elevación si existe suficiente humedad en la altura. En términos del flujo, siempre habrá una capa inferior que está bloqueada y una superior que si logra cruzar la barrera de altura ℎ . De este modo el cálculo de esta altura crítica y su comparación con la altura de las montañas es un desafío que ayuda a determinar con mayor exactitud el bloqueo orográfico. La zona de influencia de precipitación en caso de bloqueo está dado por el Radio de deformación de Rossby ℎ/ , donde es la vorticidad planetaria o parámetro de Coriolis ( = 2Ω ( ) ) y Ω la velocidad angular de la rotación terrestre. Considerando valores típicos = 0,01⁡ −1 , ℎ = 3000⁡ y = 10 −4 −1 se genera una zona de bloqueo de 300 [km]. Para ejemplificar los impactos que puede tener la dinámica, así como procesos microfísicos en la generación de escorrentía se utiliza el modelo lineal de Smith and Barstad (2004) en la Cordillera de la Costa Chilena, entre las latitudes 40° y 40,4°S (Figura 7). Esta zona se ubica 23 [km] al sur oeste de la ciudad de Valdivia y a 50 [km] al este de la localidad de La Unión, capital de la Provincia de Ranco en la región de Los Ríos. Estas montañas alcanzan elevaciones máximas cercanas a 1000 [m.s.n.m] en la latitud 40.2° S y presentan diversos cordones montañosos de entre 10 y 50 [km] de ancho, teniendo una orientación NW en la parte norte hacia una orientación Oeste en la parte sur. La zona de máximas elevaciones se sitúa en torno a 10 km de la costa.