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.