GUÍA PARA LA ELABORACIÓN DEL PRIMER TRABAJO DE HIDROLOGÍA

IC. MSc Julián David Rojo Hernández – Agosto de 2012

El presente documento corresponde a una guía con la descripción de los pasos a seguir para

elaborar los cálculos del primer trabajo de Hidrología. Adjunto encontrará un ejemplo para

el caso del rio Porce, lea detenidamente las instrucciones y verifique cada paso en el

archivo adjunto.

Sobre los datos hidrológicos y climáticos:

Para elaborar el presente trabajo a ustedes se les ha proporcionado el archivo “DATOS”,

una hoja de cálculo de Excel, donde encontrarán el nombre de cada río en una hoja en las

diferentes hojas de cálculo. En la Columna A de cada hoja de cálculo ustedes encontrarán

las fechas correspondientes a cada dato hidrológico y en la columna B están los datos

hidrológicos dados en vector columna. (Ver Figura 1)

Figura 1: Disposición de la información hidrológica en el archivo DATOS

Los datos de variables macro-climáticas se encuentran en la hoja

“V.MACROCLIMATICAS”, en la fila 8 se muestra el nombre de cada variable seguido de

las fechas y los datos correspondientes en vectores columna. Todas las variables tienen

como fecha de inicio enero de 1951. De ser necesario, en la parte superior se la hoja se

presentan los links para Actualizar los datos de variables macroclimáticas. (Figura 2)

Figura 2: Hoja de cálculo con las variables macroclimáticas

Punto 1: Elaborar una breve introducción sobre la cuenca y la región donde se ubica

la estación hidrológica.

Cuando se aborda un trabajo de diagnóstico hidro-climático la primera pregunta a resolver

es ¿Cuál es la importancia del presente estudio? ¿Por qué vale la pena aplicar este tipo de

estudio a los datos de una determinada cuenca? Así pues se requiere saber:

¿Donde se ubican geográficamente las estaciones que proveen los datos del estudio

(departamentos-subregión-municipios y si se puede establecer coordenadas, mostrar algún

mapa de ubicación)?

¿Para qué es utilizado el recurso hídrico en la zona? (hidroelectricidad, piscicultura,

recreación, abastecimiento de una población, disposición de aguas residuales y

contaminantes, etc.).

¿Cuál es la valoración del recurso? , alguna forma de cuantificar los beneficios derivados

de los recursos existentes y extraídos de la cuenca (energía producida, población con agua

potable, toneladas de peses producidos, hidrobiología de la corriente, especies conservadas

y en peligro de extinción… etc.)

Punto 2: Graficar la serie de tiempo, ¿Cual es la cantidad de datos?, Fecha inicial,

Fecha final, estimar los valores máximo y mínimo de dicha serie. ¿Cuál es el caudal

medio del río?, incluirlo en la grafica.

En Excel existen muchas formas de graficar información, en este caso se usará una

dispersión con líneas suavizadas; para ello seleccionamos el vector columna con los datos

hidrológicos e ir a la opción Insertar/dispersión/Dispersión con líneas suavizadas (Figura

3). Para seleccionar el vector columna de datos ubíquese en el primer dato de los caudales

(celda B2) y con el clic sostenido diríjase al último dato de la serie, o también puede usar el

comando Ctrl+shif+↓ para seleccionar todo el vector columna.

Una vez obtenida la gráfica usted podrá editar su diseño, presentación, y formato mediante

las “Herramientas de gráficos”, En el sub-menú “Presentación” se encuentran los comandos

para editar los ejes, insertar el Título, agregar líneas de división, etc. Usted podrá mejorar el

aspecto y la apariencia de su gráfico. Siempre que deseen ingresar a las “Herramientas de

gráficos” solo deben seleccionar una figura creada con antelación. (Ver Figura 4).

Figura 3: Insertar/dispersión/dispersión con línea suavizada.

Figura 4: Herramientas de gráficos

Para conocer la cantidad de de datos utilice la función =CONTAR(valor1:valor2), donde el

valor1 corresponde al primer dato del vector columna con la información hidrológica (B2),

y valor2 corresponde al último dato del vector columna, par el caso del rio Porce

=CONTAR(B2:B435).

Pruebe lo siguiente: llame la función contar (=CONTAR()); y una vez ubicado en el

argumento de la función, seleccione el primer dato del vector columna, digite el comando

Ctrl+shif+↓ y pulse enter.

Para hallar el valor máximo use la función MAX(valor1:valor2), para el mínimo use

MIN(valor1:valor2) y para el promedio PROMEDIO(valor1:valor2).

Para graficar el promedio de los datos hidrológicos en la serie de tiempo, genere un nuevo

vector columna que tenga la misma extensión de los datos hidrológicos pero que solo

contenga valor promedio hallado en el paso anterior.

Seleccione la gráfica ya elaborada para activar el menú “Herramientas de gráficos”, En el

sub-menú “Diseño” se encuentra el botón para “Seleccionar datos”, al pulsar dicho botón se

genera la ventana “Seleccionar origen de datos” desde donde podemos agregar otra serie de

datos, pulsamos el botón agregar, aparece la ventana de “Modificar serie” (Figura 6) y en

“Valores Y de la serie” pulse para seleccionar el vector columna con el dato

promedio.

Figura 5: Selección de datos: por diseño

Figura 6: Ventana Modificar serie

PUNTO 3: Graficar el ciclo anual de la serie de datos, ¿Cuáles son los meses más secos

y los meses más húmedos en la cuenca? ¿Puede relacionarse la forma del ciclo anual

con algún proceso macro climático de escala planetaria? , argumente sus respuestas.

Para graficar el ciclo solo basta con ordenar los datos por meses mediante el siguiente

procedimiento:

1) En una hoja nueva genere una matriz con los datos hidrológicos donde las filas

corresponden a los años y las columnas corresponden a los meses de la serie

hidrológica. Copie año por año los datos hidrogógicos del vector columna y

péguelos en las filas de la nueva matriz usando el comando pegar-pegado especial-

valores- trasponer (ver Figura 7).

2) Para cada columna de la matriz (cada mes) calcule el valor promedio y la desviación

estándar de los datos usando los comandos PROMEDIO y DESVEST. (Figura 8).

3) Finalmente grafique el ciclo anual usando un gráfico de Columnas (Figura 9)

Figura 7: Elaboración de la matriz de datos

Figura 8: Calculo del promedio y la desviación estándar de cada mes en la matriz de

datos

Figura 9: Grafica del ciclo anual de los datos

PUNTO 4: Usando los datos del índice oceánico del Niño-ONI

(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.sht

ml) clasifique los datos de caudal para cada uno de los eventos del ENSO ( Niño,

Normal y Niña). ¿Cuál es el efecto de la condición Niño sobre el ciclo anual de los

caudales? ¿ Y cuál es el efecto de la niña sobre el ciclo anual?.

Vaya a la página Web:

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml

Seleccione los datos del índice ONI y péguelos en una nueva hoja de cálculo.

El Índice Oceánico del Niño (ONI por sus siglas en ingles) es un indicador creado de Facto

por la NOAA para clasificar las fases cálida (El Niño – en rojo-) y fría (La Niña – en azul- )

del sistema ENSO. Corresponden a un promedio trimestral de las anomalías de temperatura

en la región Niño 3-4 (Figura 10); un periodo dominado por El Niño se caracteriza por

tener más de 5 meses consecutivos con valores del ONI por encima de +0.5; un periodo La

Niña se caracteriza por tener más de 5 meses consecutivos con valores del ONI inferiores a

– 0.5 (Figura 11). Usando el índice ONI los datos de caudal pueden agruparse en tres

clases: los datos en años El Niño, datos en años Normales y datos en años La Niña. Figuras

12-13-14.

Figura 10: Las regiones Niño sobre el océano pacífico.

Figura 11: Índice ONI; Rojo: Meses niño, Azul: Meses niña, Negro: Meses normales

Figura 12: Clasificación de los datos para los meses Niño

Figura 13: Calcificación de los datos para los meses Normales

Figura 14: Calcificación de los datos para los meses Niña

Luego de calcificar los datos (Niño, Normal, Niña) estime el ciclo anual para cada una de

las matrices clasificadas (siguiendo el procedimiento del punto 3). Genere una Tabla

resumen con los valores promedio estimados para matriz. Usando un gráfico tipo

“dispersión con líneas suavizadas” esquematice en una sola figura los tres ciclos obtenidos

tal como lo muestra la Figura 15 (de ser necesario utilice la opción “seleccionar datos” que

se explicó en el punto 2)

Figura 15: Gráfica del ciclo anual para periodos niño-niña y normal

Utilice las herramientas de presentación de gráficos (Herramientas de

gráficos/presentación) para dar colores a los datos (Rojo-Niño, Azul-Niña, Negro-Normal)

insertar títulos, etc.

PUNTO 5: Como cree usted que afecta el sistema ENSO (en sus diferentes fases) la

disponibilidad y la calidad del agua en una cuenca, la hidrobiología y la actividad de

las plantas. Argumente sus respuestas.

Las respuestas a las inquietudes planteadas en el presente punto pueden ser consultadas en

la bibliografía del curso, utilice el documento sobre la Hidroclimatología de Colombia y

repase las notas de clase.

PUNTO 6: Elabore un análisis de correlación cruzada entre la serie de caudales y las

temperaturas superficiales del océano pacífico en las regiones Niño (Niño 1-2, Niño 3-

4). ¿Qué se puede concluir de dicho análisis?.

Pegue el vector columna con los datos mensuales del río en las primeras dos columnas de

una nueva hoja de cálculo (fecha-datos). Elabore una plantilla como la que se muestra en la

Figura 16. En la columna “ Rezago 0” ingrese los datos de las temperaturas en la región

Niño 1-2 (SST Niño 1-2) desde la hoja de cálculo “V. MACROCLIMATICAS” (Figura

17). Verifique que los datos de las SST y las series hidrológicas sean coincidentes en sus

fechas; arrastre los datos hasta completar todos los datos de los dos vectores columna.

Figura 16: Plantilla para la elaboración del análisis de correlación cruzada

Figura 17: Insertar los datos de la variable macro climática desde la hoja “V.

MACROCLIMATICAS”

Para generara los rezagos desplace la serie de la variable macro-climática una fila hacia

abajo por cada rezago, como se muestra en la Figura 18. A fin de facilitar cálculos

posteriores amarre los datos de cada rezago a los datos del rezago anterior.

Figura 18: Generación de rezagos de la variable macroclimática

Finalmente estime el coeficiente de correlación entre el vector columna de datos

hidrológicos y cada rezago de las variables macro-climáticas usando la función

COEF.DE.CORREL(Vector datos hidrológicos: Vector datos macro-climaticos) tal como

se muestra en la Figura 19.

Elabore un gráfico de columnas que represente la variación del coeficiente de correlación

Vs los rezagos (Figura 20).Una vez queda programada la hoja de cálculo solo es necesario

cambiar los datos de la variable macro-climática (en la columna “Rezago 0”) para estimar

la correlación cruzada.

PUNTO 7. Elabore un análisis de correlación cruzada entre la serie de caudales y

los índices chocó zonal y chocó meridional. ¿Qué se puede concluir de dicho análisis?

Cambie la variable macro-climática del punto 6 por las serie de chocó zonal y chocó

meridional que se encuentran en la hoja “V. MACROCLIMATICAS” (las dos últimas

columnas con datos respectivamente)

Figura 19: Estimación de los coeficientes de correlación para los distintos rezagos

PUNTO 8. Remueva el ciclo anual mediante la estandarización de la serie de

caudales. Grafique los resultados.

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Co

efi

cie

nte

de

Co

rre

laci

ón

Analisis de correlación cruzada SST Niño 1-2

Para eliminar la periodicidad se remueve el ciclo anual de la serie de caudales

estandarizando los datos mediante la siguiente transformación:

Q

vv

s

QQZ

Donde Q y Qs son la media y la desviación estándar de la serie de caudales para el mes

, y vz son los valores estandarizados para el año v y el mes .

En una nueva hoja de datos copie la matriz con los caudales medios mensuales ordenados

por mes y por año, estime la media y la desviación estándar de cada mes. Se debe generar

una nueva matriz donde a cada dato se le resta la media y se divide por la desviación

estándar del respectivo mes. Use el signo $ para amarrar las filas (por ejemplo = (B3-

B$37)/B$38) así podrá arrastrar los datos y ahorrar bastante trabajo.

Ordene los datos estandarizados en vector columna (edición-pegado especial- valores-

transponer) y mediante el procedimiento del Punto 6 elabore el análisis de correlación entre

la serie estandarizada de caudales y los índices SOI, MEI y PDO y NAO.