JORNADAS SOBRE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE EN TENERIFE Santa Cruz de Tenerife septiembre 2009

Transcripción

1 Santa Cruz de Tenerife septiembre 2009 JORNADAS SOBRE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE EN TENERIFE Primera Jornada: EVALUACIÓN DE LA LLUVIA HORIZONTAL 2 LA LLUVIA HORIZONTAL: POTENCIAL DE CAPTACIÓN D. Juan José Braojos Ruiz. Jefe Área Recursos Hidráulicos del CIATF INDICE 1 INTRODUCCIÓN 2 LA HUMEDAD RELATIVA 3 DINÁMICA DE LAS NUBES 5 EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE AGUA DE NIEBLA EN TENERIFE Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (1 de 21)

2 1 INTRODUCCIÓN En Tenerife existe un importante potencial para captar PN. Incluso se tienen perfectamente localizados los lugares preferentes para su captura de forma artificial. Sin embargo: Este potencial solo se ha cuantificado de forma puntual No se sabía cuánto representa el aporte de este recurso en el conjunto de la isla, captado de forma natural Algún intento de aproximación se ha basado en datos puntuales extrapolados al resto de la isla Se desconocía su incidencia en la recarga del sistema acuífero insular Se ha venido echando de menos una metodología que acerque su definición cuantitativa y su distribución territorial 1 INTRODUCCIÓN En el formato inicial del MHS la PN participaba en el balance hídrico de forma indirecta: El MHS no era capaz de aportar como resultado ni la cuantificación ni la distribución de la PN en la isla Esta simplificación y falta de información suscitaba dudas, sobre todo, en quienes defendían la importancia cuantitativa de la PN en la recarga del sistema acuífero insular En el propio PHT que ahora se revisa ya se apuntaba que: No se está contabilizando el aumento de la pluviosidad por condensación ( lluvia horizontal ) en las masas boscosas y relieves más escarpados; su cuantificación es muy difícil,. Es preciso definir una metodología para evaluar la lluvia horizontal y contrastarla Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (2 de 21)

3 1 INTRODUCCIÓN Metodología que se ha abordado desde el CIATF analizando y estructurando la abundante información, relativa a la PN, generada en la isla y fuera de ella, desde hace años 1 INTRODUCCIÓN Desde hace varias decenas de años han sido muchas las experiencias relacionadas con los factores ligados a esta variable climática. Se han realizado estudios sobre: El mar de nubes La humedad relativa y su relación con la PN La velocidad del viento asociada a la PN captada La morfología del elemento de captación (artificial o natural) Se han realizado mediciones de la PN mediante: Pantallas de captación Pluviómetros Grunow Pluviómetros convencionales bajo cubiertas vegetales A partir de estas últimas se han obtenido referencias, locales pero muy significativas, de la magnitud de este aporte hídrico al suelo de la isla. Algunas de estas experiencias, junto con sus autores, van a ser expuestas a lo largo de esta presentación Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (3 de 21)

4 1 INTRODUCCIÓN Se cuenta con una red meteorológica densa y bien distribuida que dispone de series representativas de las variables climáticas más asociadas al fenómeno: La humedad relativa La velocidad del viento La temperatura (está relacionada pero no es determinante) + Los SIG permiten el uso y manejo de información territorial básica asociada disponibilidad a los parámetros de hidrológicos información y acerca al elemento de la captador. PN Se dispone de mapas digitales de: Los usos del suelo metodología para la evaluación de la PN en la isla Los cultivos La vegetación (principal elemento natural de captación de PN) Geográficos, Topográficos (cotas, pendientes, orientación ) 1 INTRODUCCIÓN Proceso de revisión del PHT actualización del MHS + disponibilidad de información acerca de la PN metodología para la evaluación de la PN en la isla Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (4 de 21)

5 1 INTRODUCCIÓN Desde el CIATF se ha construido, dentro del MHS, un submodelo matemático que bajo la consideración de: Las variables climáticas Humedad relativa máxima Velocidad del viento en días húmedos Número de días de lluvia convencional Las características del manto de nubes Su ámbito territorial y temporal Su dinámica espacial Los parámetros relativos al territorio Altura Cota de cresta en las divisorias de cumbre Orientación Pendiente Los elementos naturales o biológicos de captación La vegetación (tipos, densidad ) 1 INTRODUCCIÓN Ha permitido aproximar la definición cuantitativa y territorial de: 1) El potencial climático de Tenerife para captar PN 2) La cuantía y distribución territorial de la PN en la isla 3) La incidencia del recurso en la recarga al subsuelo El desarrollo del bloque 1) objeto de esta primera exposición se va a acometer de forma secuencial de acuerdo al orden de intervención en el proceso de cada uno de las variables y factores climáticos que intervienen en la captación de la PN Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (5 de 21)

6 2. LA HUMEDAD RELATIVA.es evidente que el uso de registradores de la humedad relativa puede ser un método de aproximación válido para establecer la frecuencia de la niebla en un lugar, siempre y cuando se contabilicen sólo aquellas horas en las que la humedad relativa supera el umbral de % (La captación del agua de la niebla en la isla de Tenerife. Mª Victoría Marzol Jaén, 2005) Conocido el número de días (al mes o al año) con existencia de niebla (NDN) y estableciendo un módulo diario óptimo (que no el mayor) de precipitación horizontal (PNo) puede aproximarse la cuantía de PN captada: PN(mm) = NDN(días) x PNo(mm/día) 2. LA HUMEDAD RELATIVA El proceso de cálculo de la PN se inicia estableciendo, en principio, que: la presencia de niebla está asociada con situaciones de humedad relativa iguales o superiores al % (HR %) (Kammer, 1976; Valladares, 19; Marzol, 2003 ) Situaciones de HR > % se corresponden también con sucesos de lluvia convencional (PC). Por tanto, para considerar que en un determinado día ha existido niebla: la PC ha tenido que ser igual o inferior a 5 mm (Marzol, 2008). Nº de días d susceptibles de haber existido niebla (NDN) = =Nºde días con registros de HR superior al % (NDHR > %) Nº de días en los que PC ha sido superior a 5 mm (NDPC>5mm) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (6 de 21)

7 2. LA HUMEDAD RELATIVA MAPA DE NDHR>96% (estaciones + isolíneas) 2. LA HUMEDAD RELATIVA Primera aproximación al cálculo de la PN Conocido NDN La PN en cualquier punto del territorio (celda MHS) sería equivalente a: PN(mm/año) = NDN(días/año) x PNo(mm/día) PN(mm) = (NDHR>%(días) NDP>5mm(días)) x PNo(mm/día) PNo: módulo de PN diaria captada en condiciones óptimas (valor a obtener al final del proceso) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (7 de 21)

8 2. LA HUMEDAD RELATIVA Situaciones de HR > % no implican necesariamente la presencia de niebla afecciones similares en los lugares donde se presente Téngase en cuenta que: La altura de condensación de la nubosidad estratiforme, aunque es muy baja, se sitúa al menos por encima de los 350 metros s. n. m. El posicionamiento y espesor del manto de nubes varía sensiblemente a lo largo del año, del mes e incluso del día El manto de nubes es diferente tanto en posicionamiento como en espesor en las dos vertientes de la isla Además: El contenido de niebla en la nube no es uniforme A 2/3 de la altura de la nube se concentra la mayor densidad (Marzol, 2008) La afección de las nubes al territorio está asociada: al nº de días con HR> % al grado de afección de la nube durante esos días, en función de su: posicionamiento contenido de niebla espesor Materias sobre las que se viene investigando desde hace décadas Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (8 de 21)

9 ENE 1540 FEB 1560 ALTURAS MEDIAS DEL LÍMITE SUPERIOR DEL MAR DE NUBES ( ) Ceballos y Ortuño MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 1730 ALTURAS MEDIAS DEL MAR DE NUBES EN CADA MES ( ) ENE 1570 FEB 1600 MAR 1650 ABR 1540 MAY 1660 Font Tullot JUN JUL AGO 1230 SEP 1470 OCT 15 NOV 1620 DIC 1670 DISTRIBUCIÓN VERTICAL DE LA NUBOSIDAD EN TENERIFE ( ) ENE FEB MAR ABR MAY Huet de Lemps JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ALTURA DE LA INVERSIÓN TÉRMICA ( ) ENE FEB MAR ABR MAY Pedro Dorta JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC OTRAS REFERENCIAS La altura máxima, salvo en julio y agosto, puede llegar a sobrepasar la cota del Observatorio de Izaña (2.367 m) (Ceballos y Ortuño, 1976) El techo del mar de nubes se sitúa por encima de los metros entre octubre y mayo; desciende a los 0 m en julio y agosto (Dorta, 1996) El límite inferior de las nubes se encuentra en el norte de la isla,, entre los 0 y los 1. m y algo más alto en el sur de Tenerife (Kämmer, 1974) este tipo de nubes tiene la posibilidad de chocar con el relieve de algunas islas entre los 500 y los 10 metros de altitud (Marzol, 2008) La capa de nube alcanza un espesor medio de 300 m en verano y de 500 m en invierno. (Ceballos y Ortuño, 1976) el espesor del rodillo de estratocúmulos varía entre 600 metros en enero y 200 metros en julio (Marzol, 2008) El grosor del mar de nubes es normalmente mayor en el costado de barlovento (Kämmer, 1974) El espesor del mar de nubes experimenta claras variaciones a lo largo del año y probablemente es mayor en las estaciones del otoño y menor en el verano (Valldares, 1996) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (9 de 21)

10 Definición estacional de LA UBICACIÓN Y ESPESOR DEL MANTO DE NUBES EN LA VERTIENTE NORTE DE TENERIFE JUL AGO JUN SEP ABR MAY FEB MAR ENE OCT NOV DIC ALTURA TECHO Máxima Mínima ALTURA BASE Máxima Mínima ESPESOR Máximo Mínimo En el espesor de la nube se ha incluido el recorrido de la nube, en vertical, a lo largo del día PERFILES MAX Y MIN DIARIOS DEL MANTO DE NUBES (según: posición en altura, espesor y gradiente de densidad de niebla ) PERFILES DIARIOS POR INTERPOLACIÓN ENTRE MAX Y MIN 10 JUL AGO JUN SEP ABR MAY FEB MAR ENE OCT NOV DIC Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (10 de 21)

11 FACTOR DE EFICIENCIA DE LAS NUBES CON EL TERRITORIO (KMN) Dentro del ámbito de afección del manto de nubes al territorio, cada lugar (cota de celda del MHS) habrá sido visitado por la niebla n días al mes con distintos grados de afección, según sea la ubicación del punto y la densidad de la nube en la zona de contacto Se ha deducido el grado de afección de la niebla a cada punto de territorio (celda del MHS definida por su cota) a partir de la densidad de niebla media mensual (DNM): KMN KMN DNM =A x Z 6 + B x Z 5 + C x Z 4 + D x Z 3 + E x Z 2 + F x Z + G (12 funciones polinomiales (6N+6S) de grado sexto para cada pareja de meses) El valor máximo (KMN = 1) se alcanzaría en un hipotético lugar donde el manto de nubes habría estado presente los 365 días del año afectándolo todo el tiempo con su zona de mayor densidad Segunda aproximación al cálculo de la PN En este punto del proceso, el cálculo de la PN, en cualquier lugar de la isla, (celda del MHS) estaría sujeto a la siguiente relación: PN(mm) = (NDHR>%(días) NDP>5mm(días)) x KMN x PNo(mm/día) Todavía, una aproximación muy lejana de la realidad existen otros factores limitantes al valor óptimo supuesto al PNo Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (11 de 21)

12 El viento es un factor fundamental en la captación de agua de las nubes dada su operatividad en el tránsito de éstas a través del territorio La velocidad del viento (Vv) en los días con existencia de niebla se ha contrastado con: la cantidad de precipitación de niebla captada (Marzol, 2003) la eficiencia del elemento captador (Schemenauer, 1989) Existe relación entre la velocidad del viento y la eficiencia en la captación FACTOR DE EFICIENCIA ASOCIADO A LA VELOCIDAD DEL VIENTO (KVv) Estas experiencias se han extrapolado al proceso de cálculo, definiendo un nuevo factor de eficiencia de captación de agua de niebla, dependiente de la velocidad del viento en los días húmedos: KVv = f (Vv con HR > 96%) Los valores más altos (KVv próximos o iguales a 1) se alcanzarían con valores de Vv cercanos a los 10 m/s (36 km/h) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (12 de 21)

13 Mapa de isolíneas de Vv con E virtuales Nueva aproximación al cálculo de la PN El nuevo factor de eficiencia (KVv) complementa la función de cálculo acercándonos un poco más al valor real de PN: PN = (NDHR>96% NDP>5mm) x KMN x KVv x PNo BT KVv En determinados lugares de la isla con abundante presencia de nubes y de vientos regulares, incluso con velocidades altas la captación de PN (artificial o natural) es muy baja, e incluso en algunas zonas es prácticamente nula Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (13 de 21)

14 Las nubes de desbordamiento Cuando la cota del eje dorsal o de cualquier cresta de cumbre es similar o inferior a la del techo de ámbito de los alísios limitado por la inversión térmica las nubes desbordan hacia la vertiente de sotavento dejando, una tras otra, su contenido de humedad en los obstáculos que la interceptan La eficiencia de estas nubes de desbordamiento en el proceso de captación de PN, es total Las nubes de desbordamiento Son precisamente los lugares donde existe desbordamiento con aumentos importantes de velocidad, los ideales para colocar los obstáculos o buscar dentro de la vegetación existente los árboles más adecuados (Seijas, 1998) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (14 de 21)

15 Por el contrario, si las alturas de las crestas son superiores, las nubes resbalan lateralmente (Seijas, 1998) Nubes de estancamiento Las nubes se atropellan y se estancan, dando lugar al mar de nubes Sólo el primer frente llega a contactar con el terreno. Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (15 de 21)

16 Nubes de estancamiento En ocasiones, las nubes apenas llegan a rozar las hojas de los árboles A los efectos de la captación de PN, en principio, sólo parecen efectivas las nubes de desbordamiento Nubes de DESBORDAMIENTO Para que un determinado lugar cuente con la presencia de nubes de desbordamiento: La cota de cresta (cota de celda de cresta: Zc) ubicada en la vertical (dirección N S) deberá ser igual o menor que la altura máxima que alcanza el manto de nubes Por esta razón: De los 365 perfiles diarios de nubes, en principio sólo se han considerado operativos los relativos a nubes de desbordamiento, es decir a aquellas susceptibles de superar Zc El número de nubes que desbordará será tanto mayor cuanto menor sea la cota de cresta (Zc) La cota de cresta (Zc) es pues determinante en el proceso de cálculo de la PN Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (16 de 21)

17 FACTOR DE EFICIENCIA DE LAS NUBES DE DESBORDAMIENTO KMNd DNDM = KMN x f (Zc Z) siendo: DNDM: densidad media mensual de las nubes de estancamiento KMN: factor de eficiencia debido al contacto de las nubes con el territorio equivalente a la densidad de niebla media mensual suponiendo operativas todas las nubes: KMN DMN = A x Z 6 + B x Z 5 + C x Z 4 + D x Z 3 + E x Z 2 + F x Z + G f(zc Z) = x (Zc Z) +1 (1 función para cada pareja de meses) siendo: Z: cota media de la celda analizada Zc: cota de la celda de cresta ubicada en la vertical (N S) de la celda analizada KMNd= (A x Z 6 + B x Z 5 + C x Z 4 + D x Z 3 + E x Z 2 + F x Z + G) x x ( x (Zc Z) +1) Nubes de ESTANCAMIENTO La densidad media mensual de afección de la niebla al terreno derivada de las nubes de estancamiento, para el caso de que éstas no fueran totalmente inoperantes, sería equivalente a: DNEM = DNM DNDM NDESB_JULAGO Factor de eficiencia de las nubes de estancamiento sobre el territorio No existiendo razones objetivas para descartar totalmente las nubes de estancamiento, se asignó a éstas un factor de participación (Ke) cuyo valor, desconocido a priori, se deduce dentro del proceso de calibración El coeficiente de eficiencia relativo a las nubes de estancamiento sería: KMNe= Kex DNEM = Kex (DNM DNDM) <> KMNe= Kex (KMN KMNd) Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (17 de 21)

18 FACTOR DE EFICIENCIA DE LAS NUBES CON EL TERRITORIO (KMNC) KMNc= KMNd+ KMNe KMNc= KMN x f (Zc Z) + Kex (KMN KMNd) KMNc= KMN x f (Zc Z) + Kex (KMN KMN x f (Zc Z) KMNc= KMN x (f (Zc Z) + Kex (1 f (Zc Z)) KMNc= KMN x (f (Zc Z) + Ke Kex f (Zc Z)) KMNc= KMN x (f (Zc Z) + Ke x (1 f (Zc Z))) Siendo: KMN = A x Z 6 + B x Z 5 + C x Z 4 + D x Z 3 + E x Z 2 + F x Z + G (1 función para cada pareja de meses) Ke: coeficiente de participación de las nubes de estancamiento Z: cota de la celda del MHS Zc: la cota de cresta Nueva aproximación al cálculo de la PN Una vez definido el factor de eficiencia de las nubes con el territorio, la PN captada por un elemento artificial o natural suceptible de atrapar PNo mm/día (en condiciones óptimas de captación) sería: PN = (NDHR>96% NDP>5mm) x KMNc x KVv x PNo Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (18 de 21)

19 6. EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN EN TENERIFE PN = (NDHR>96% NDP>5mm) x KMNc x KVv x PNo NDHR>96% NDPC>5mm NDN PN = NDN x KMNc x KVv x PNo Prescindiendo del término PNo y dividiendo por los 365 días del año, NDN x KMNc x KVv (NDN / 365) x KMNc x KVv El POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN existente en cualquier punto de la isla (en tanto por uno) en función de: el número de días con presencia de niebla el grado de afección de las nubes sobre el territorio la velocidad del viento en días húmedos PPN = (NDN / 365) x KMNc x KVv 6. EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN EN TENERIFE PPN = (NDN / 365) x KMNc x KVv El lugar óptimo para captar agua de niebla (PPN = 1) sería aquel en el que: los 365 días del año contara con la presencia de nubes generadas, exclusivamente, por vientos alísios las nubes que lo visitaran fueran todas de desbordamiento, y además con el máximo contenido de niebla (KMNc= 1) la velocidad del viento en todos los días del año fuera superior a 10 m/s (KVv = 1) El mapa descriptivo de este parámetro, obtenido a través del MHS, pone de manifiesto la inexistencia en la isla de lugares con estas características. Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (19 de 21)

20 6. EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN EN TENERIFE El potencial más alto (0.250) se localiza en las crestas de las cumbres orientales de la isla (Anaga); le sigue la cumbre de la cordillera central (dorsal este) con 0.1; en tercer lugar, con valores de alrededor de PPN = 0.170, las zonas de cresta del macizo occidental (Teno) y por último la cresta de Tigaiga con PPN = EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN EN TENERIFE Distribución estacional del Potencial de Captación de PN en la isla ANAGA TENO Primavera Verano Otoño Invierno TOTAL DORSAL TIGAIGA En los macizos de Anaga y Teno la posibilidad de captar agua de niebla se concentra sobre todo en los meses de verano y primavera En la cordillera dorsal el fenómeno está más repartido a lo largo del año En Anaga el PPN alcanza en verano valores medios muy altos (0,615) En Teno también en verano se alcanzan los valores máximos (0.300) En Tigaiga hasta la cota de 1 m, es similar a Anaga y Teno La cumbre de Anaga se confirma como el lugar con mayor potencial para captar PN Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (20 de 21)

21 6. EL POTENCIAL DE CAPTACIÓN DE PN EN TENERIFE Los resultados de experimentos de captación artificial de PN que vienen realizándose desde hace varias décadas (Marzol, Santana, Kämmer, ) definen una distribución espacial y temporal similar a la del PPN Primera Jornada (29-sep-09) Autor: J.J. BRAOJOS RUIZ Ref.: JHSTF-I-O2 (21 de 21)