¿Existe algún método para determinar la escorrentía de las zonas áridas en los países en desarrollo?

Nota: esta pregunta fue reformulada y ampliada por completo, abordando los comentarios y preguntas planteados a la primera versión.

La fuente estándar de facto para los cálculos de escorrentía en Sudáfrica es el "Manual de escorrentía SANRAL" ( http://www.nra.co.za/content/Drain5.pdf )

Necesito diseñar un vertedero para una pequeña presa de tierra en un área árida con un área de captación pequeña (más pequeña que 200 ha) y bastante plana en el sur de África . La idea detrás de la presa es recolectar no más de 10 000 metros cúbicos de agua para el riego de pequeñas existencias durante el tiempo inmediato después de la temporada de lluvias, lo que reduce la dependencia del agua subterránea.

Para diseñar el muro de la presa y el vertedero, uno necesita datos de flujo a través del área de captación en cuestión. El método racional proporciona esta fórmula: ... (3.8) donde: flujo máximo (m ³ / s) coeficiente de escorrentía (adimensional) intensidad de lluvia promedio sobre la captación (mm / hora) área efectiva de captación (km ² ) factor de conversión $Q=\frac{CIA}{3,6}$
$Q \hskip{1.5em}=$
$C \hskip{1.7em}=$
$I\hskip{2em} =$
$A \hskip{1.7em}=$
$3,6\quad =$

En áreas áridas, los eventos de lluvia a menudo son tormentas eléctricas de duración bastante corta, a menudo menos de una hora. Estos eventos están separados por largos períodos secos. La lluvia generalmente se mide a diario. Estos valores registrados son valores de lluvia diarios, pero no dicen nada sobre la duración de los eventos de lluvia.

La intensidad de la lluvia se determina dividiendo la lluvia por la duración del evento de lluvia. Por lo tanto, cuanto más corto es el evento de lluvia, mayor es la intensidad de lluvia para la misma cantidad de lluvia total. Pero como la lluvia no se mide realmente por segundo, minuto u hora, es imposible determinar con precisión la intensidad de la lluvia en áreas donde los eventos de lluvia son cortos. De hecho, el margen de error aumenta enormemente a medida que disminuye la duración de los eventos de lluvia.

No se recomienda utilizar la lluvia con estos datos (con un gran margen de error) para grandes áreas de captación, ya que la lluvia no tiene una "distribución temporal por al menos una duración igual al tiempo de concentración" (página 3.17). Q se sobreestimaría y, por lo tanto, las represas y vertederos se sobrediseñarían.

Lo contrario es cierto para las pequeñas áreas de captación, donde el tiempo de concentración es menor que la duración de un evento de lluvia. El margen de error en el cálculo de la intensidad de la lluvia se volverá inaceptablemente crítico. Especialmente para represas muy pequeñas, estarán mal diseñadas o no serán financieramente viables.

¿Existe un método alternativo para determinar la escorrentía en áreas áridas, donde los eventos de lluvia son de corta duración y los datos precisos de lluvia (lluvia y duración de los eventos de lluvia) no están disponibles?

civil-engineering water-resources hydrology

— NamSandStorm
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@mart ... su 'cálculo de la caja de cigarrillos' está muy lejos de lo que es el enfoque hidrológico. No tuvo en cuenta la topografía, la evaporación, la filtración, etc. Además, la captura de toda la lluvia es injusto para las comunidades aguas abajo, por lo tanto, se debe permitir que pase un porcentaje. El diseño de la presa no es tan fácil :)

— NamSandStorm

El problema es que necesito establecer las inundaciones de 50 años, 100 años y 150 años en un río perenne donde no hay datos disponibles, excepto la precipitación diaria rudimentaria y un levantamiento topográfico. Para diseñar la altura de la presa y el vertedero, necesita la escorrentía. "El resto" no me ayuda. El método racional para esta área me da valores excesivamente altos que no tienen ningún sentido.

— NamSandStorm

Entonces, su problema es la falta de datos precisos (50 años, 100 años, 150 años) y no el método utilizado. Como @air menciona, usted declara que hay un problema con el método cuando no está seguro de sus valores de entrada.

— Hazzey

Permítanme reformular la pregunta entonces ...

— NamSandStorm

@mart Esto ya está publicado en la ciencia de la tierra y estar en el tema en otro lugar no lo hace fuera de tema aquí. El diseño de presas y vertederos es en gran medida una preocupación de ingeniería.

— Aire

Después de pensarlo, se me ocurrió que existirían datos sedimentarios que mostraran eventos de inundación anteriores. Para examinar esto, sería necesario tomar muestras de suelo donde se haya acumulado sedimento dentro de una curva del río. Los materiales finos permanecerán en los niveles superiores de cada evento de inundación y los datos históricos de lluvia pueden arrojar luz sobre el volumen en la cuenca.

— Rhodie
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