Rainfall extremes modeling under shortage of data and uncertainty in the Pampean region (Argentina)

Abstract

The assessment of the surface runoff capacity of storms is essential for the design of drainage infrastructure, for the management of rainfall excesses and the control of soil erosion. The knowledge of precipitation intensity values at scales larger than the daily is a key in this process. However, the available information in the region is reduced, due to the lack of instruments and historical data. An alternative to solve this problem consists of the search of mathematical relations for the scale change from daily values, more common and available, to sub-hourly values, necessary for the estimation of runoff volumes in small basins as well as erosive power of rainfall. The first results obtained in the experimentation and search of mathematical relations for the change of temporal scale for values of intensity of precipitation, valid for a wide territory with clear climatic and ecological variability are presented in this paper. The main objective of this work was to investigate the property of scale invariance in rainfall intensity and its application to the construction of IDF curves by simple scaling. The regionalization of the values obtained in the areas of study was established as a complementary objective. The hypothesis of the scale invariance and the possibility of applying simple scaling to precipitation intensity values have been verified using both pluviographic and pluviometric data recorded over the Argentina's Pampean region in climatically and ecologically different localities. The present work provides the criteria and reference values for the construction and updating of the IDF curves in the region, where they are highly necessary, leading to advances in hydrology in areas with little or no rainfall information. The results provide new evidence on scaling relations in hydrological variables, which are useful for application in cases where reference information is scarce. This contributes to the knowledge of local precipitation characteristics and provides reference values to be used in practical applications.

La evaluación de la capacidad de escorrentía superficial de las tormentas es esencial para el diseño de la infraestructura de drenaje, para el manejo de los excesos de lluvias y el control de la erosión del suelo. El conocimiento de los valores de intensidad de precipitación a escalas mayores que el diario es una clave en este proceso. Sin embargo, la información disponible en la región se reduce, debido a la falta de instrumentos y datos históricos. Una alternativa para solucionar este problema consiste en la búsqueda de relaciones matemáticas para el cambio de escala de valores diarios, más comunes y disponibles, a valores sub-horarios, necesarios para la estimación de los volúmenes de escorrentía en pequeñas cuencas así como el poder erosivo de la precipitación. Se presentan los primeros resultados obtenidos en la experimentación y búsqueda de relaciones matemáticas para el cambio de escala temporal para valores de intensidad de precipitación, válidos para un amplio territorio con clara variabilidad climática y ecológica. El objetivo principal de este trabajo fue investigar la propiedad de la invariancia de la escala en la intensidad de la lluvia y su aplicación a la construcción de las curvas IDF mediante escalamiento simple. La regionalización de los valores obtenidos en las áreas de estudio se estableció como un objetivo complementario. La hipótesis de invariancia de escala y la posibilidad de aplicar escala simple a valores de intensidad de precipitación se han verificado utilizando datos pluviométricos y pluviográficos registrados en la Región Pampeana argentina en localidades climáticamente y ecológicamente diferentes. El presente trabajo proporciona los criterios y valores de referencia para la construcción y actualización de las curvas de las IDF en la región, donde son altamente necesarios, lo que conduce a avances en hidrología en áreas con escasa o nula información sobre las precipitaciones. Los resultados aportan nuevas pruebas sobre las relaciones de escala en variables hidrológicas, de utilidad para su aplicación en casos en que la información de referencia es escasa. Esto contribuye al conocimiento de las características de precipitación local y proporciona valores de referencia que se utilizarán en aplicaciones prácticas.