Introducción
En términos simples, el análisis de frecuencias es una técnica estadística que permite ajustar un modelo probabilístico o función de distribución de probabilidades (FDP) a una muestra de n datos. Su propósito se centra en realizar predicciones, más allá del intervalo de los datos empleados para estimar los parámetros de ajuste de la FDP seleccionada. Por lo general, las predicciones buscadas son mayores al más grande de los eventos observados y, por ello, el análisis de frecuencias consiste en el estudio de los eventos pasados con la finalidad de establecer probabilidades para ocurrencias futuras. Por ejemplo, se estudian los gastos máximos anuales de un río para obtener las crecientes de diseño, que son gastos máximos asociados con bajas probabilidades de ser excedidos. En resumen, los métodos del análisis de frecuencias no predicen el futuro con certeza, pero generan modelos probabilísticos que explican y hacen uso eficiente de los eventos extremos ocurridos en el pasado (Khaliq, Ouarda, Ondo, Gachon, & Bobée, 2006).
El análisis de frecuencias consta de cuatro pasos: (1) verificación de la calidad estadística de los datos o muestra disponible. En realidad, la validez y exactitud de las predicciones requieren que los datos sean independientes y muestren estacionariedad, lo cual implica que hayan sido generados por un proceso aleatorio estable en el tiempo; (2) selección de una FDP; (3) selección de un método de estimación de los parámetros de ajuste de la FDP, y (4) adopción de los resultados o predicciones. Comúnmente, se aplica el error estándar de ajuste, que es una medida cuantitativa entre datos observados y estimados con la FDP ajustada (Rao & Hamed, 2000; Stedinger, 2017).
En relación con el tópico de la selección de una FDP, la teoría de valores extremos es una disciplina estadística que desarrolla modelos que describen lo inusual de los datos. Siendo los valores extremos escasos por naturaleza, sus predicciones implican fuertes extrapolaciones y la teoría de valores extremos proporciona modelos que las permiten con base en un fundamento asintótico (Coles, 2001).
La distribución general de valores extremos (GVE) tiene una base teórica que la vuelve imprescindible en el análisis de frecuencias de eventos extremos, como crecientes de un río, niveles máximos del mar, velocidades extremas de viento, etcétera (Guedes Soares, & Scotto, 2004; Khaliq et al., 2006; An & Pandey, 2007). Sin embargo, implícita en su propia formulación de máximo de un lapso o bloque, que se expone posteriormente, la distribución GVE emplea un solo valor extremo por año y por ello han surgido dos enfoques que buscan incorporar más eventos de cada año (Coles, 2001; Khaliq et al., 2006). El primero se denomina de excedencias arriba de un umbral o análisis POT (peaks over threshold); utiliza todos los eventos que exceden a un valor umbral, por ejemplo, el valor más bajo de los máximos anuales observados. Lógicamente, habrá que cumplir con la condición de independencia entre los eventos seleccionados. El segundo enfoque de uso de más datos se conoce como modelo de r estadísticas de orden más grandes (r largest order statistics) y consiste en incluir más información de eventos máximos en cada año o bloque que cumplan con la condición de independencia entre ellos. Para cumplir lo anterior, en la práctica se ha encontrado que r ≤ 5 (Ramesh & Davison, 2002). La ventaja fundamental de ambos enfoques consiste en utilizar otros valores máximos de la muestra, en el extremo derecho de la función GVE, para estimar predicciones más precisas o robustas, ya que se tienen más datos para cuantificar sus parámetros de ajuste (Tawn, 1988; Coles, 2001; Khaliq et al., 2006).
Los objetivos de este estudio se centran en los cuatro siguientes: (1) exponer la teoría en que se basa la aplicación de la distribución GVE, con r eventos máximos anuales independientes; (2) describir el método de máxima verosimilitud para estimar los tres parámetros de ajuste (µ, σ, κ) de la distribución GVE; (3) integrar cinco registros de crecientes con r = 5, dentro de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, para realizar un contraste de predicciones de la distribución GVE, entre las obtenidas con el método de r eventos anuales y las de los métodos de sextiles, momentos L y momentos LH, estos contrastes se realizan con base en el error estándar de ajuste, y (4) procesar con el método de los r eventos anuales el registro de niveles máximos del mar en Venecia, Italia, que es no estacionario, pues presenta tendencia lineal ascendente.
Teoría operativa
La distribución GVE
En el análisis de frecuencias de datos hidrológicos extremos, como crecientes o gastos anuales, niveles del mar, velocidades de viento y lluvias máximas, las distribuciones de valores extremos tienen un papel preponderante. Su origen se establece a partir de una muestra de variables aleatorias (X1, X2,..., Xn ), independientes e idénticamente distribuidas (iid), que tienen una función de distribución de probabilidades F(x). En la práctica, Xi son valores del proceso observado que se mide cada hora como los niveles del mar o diariamente como los gastos de un río.
El estadístico definido en la Ecuación (1) es el máximo del proceso durante n unidades de tiempo de observación (block máxima) y en su comportamiento probabilístico se centra el desarrollo de la teoría de valores extremos:
La distribución de probabilidades acumuladas Mn está definida por la condición iid y es (Smith, 1986; Tawn, 1988; Dupuis, 1997; Coles, 2001; An & Pandey, 2007):
Para obtener el comportamiento de la Ecuación (2) conforme n tienda a infinito y se eviten soluciones triviales o degenerativas, se hace una normalización lineal de la variable Mn , con base en las constantes an > 0 y bn , la cual es:
Ahora la distribución de los extremos converge a un resultado no trivial, definido así:
La distribución asintótica G(x) debe converger en alguna de las tres familias llamadas Gumbel, Fréchet y Weibull. Estas tres distribuciones se incluyen en la general de valores extremos (GVE), cuya expresión es:
en la cual, µ, σ y κ son los parámetros de ubicación, escala y forma; con -∞ < µ < ∞, σ > 0 y -∞ < κ < ∞. Además, está definida por el conjunto {x: [1 + κ(x-µ)/σ]>0}. Si
Seleccionado los máximos (Ecuación (1)) en cada año, las predicciones buscadas (XTr ) para una probabilidad de excedencia q o un periodo de retorno Tr en años (Tr = 1/q), se obtienen con base en la Ecuación (5), ya que G(x) = 1 - q (Coles, 2001):
Conviene aclarar que en el siglo pasado la ecuación de la distribución GVE (Smith, 1986; Tawn, 1988; Dupuis, 1997; Hosking & Wallis, 1997; Rao & Hamed, 2000) era:
para la cual, el modelo Fréchet se obtiene con
Método de máxima verosimilitud
De acuerdo con textos consultados (Kite, 1977; Rao & Hamed, 2000; Coles, 2001; Kottegoda & Rosso, 2008; Meylan, Favre, & Musy, 2012) el principio de máxima verosimilitud se explica con diferentes niveles de detalle. Pero, en general, implica lo siguiente: dada una muestra (X1, X2,..., Xn ) de observaciones iid, que siguen una distribución Fθ con parámetros de ajuste θ1, θ2,..., θq . Entonces, por definición, la probabilidad de obtener un valor Xi será:
siendo fθ (xi ) la función de densidad de probabilidad. Como los datos son iid, la probabilidad de obtener n valores Xi será la probabilidad conjunta o función de verosimilitud, designada L del inglés likelihood y expresada como:
El método de máxima verosimilitud consiste en encontrar un vector
lo anterior es aceptable debido a que la función logarítmica es monotónica y entonces la función l(θ) alcanza su máximo en el mismo punto que la función L(θ).
Función l(θ) de la distribución GVE
La función de densidad de probabilidad de la distribución GVE es la siguiente (Coles, 2001; Ramesh & Davison, 2002):
donde σ > 0, -∞ < µ, κ < ∞ y el intervalo de x es tal que [1 + κ(x - µ) / σ] > 0, lo cual se indica con el signo + afuera de los paréntesis rectangulares. Cualquier combinación de parámetros de ajuste que viola la condición anterior de positividad implica que al menos uno de los puntos observados (x) está más allá de los puntos finales de la distribución, y entonces la función de verosimilitud es cero y la función logarítmica de verosimilitud es igual a -∞ (Coles, 2001). Si se tiene una muestra de máximos anuales X1, X2,..., Xn , que son independientes, la función logarítmica de verosimilitud es:
Función l(θ) de la GVE para r eventos anuales
Cuando se incluyen otros valores máximos anuales en el ajuste de la distribución GVE para buscar una inferencia de predicciones más precisa, entonces en cada año se tienen r eventos definidos como:
Las restricciones definidas en la Ecuación (13) para los parámetros de ajuste se aplican a la expresión anterior y además
Función l(θ) de la GVE para series no estacionarias
Los procesos no estacionarios tienen características que cambian sistemáticamente a través del tiempo. En los procesos climatológicos e hidrológicos, la no estacionariedad se observa por épocas debido a los efectos de los patrones climáticos diferentes en varios meses. También está presente como tendencia, originada principalmente por el cambio climático regional o global (Coles, 2001).
No existe una teoría general de valores extremos para los procesos no estacionarios y, por ello, se sigue un enfoque pragmático consistente en utilizar la distribución GVE ajustada por máxima verosimilitud, cambiando con el tiempo, o con alguna otra covariable y sus parámetros de ajuste (Katz et al., 2002). Para el caso específico de una tendencia lineal, se hace variar el parámetro de ubicación con el tiempo (Coles, 2001):
La expresión anterior se sustituye en la Ecuación (15) para maximizar tal función y obtener los cuatro parámetros de ajuste (
El algoritmo Complex
La maximización de la Ecuación (15) para obtener los parámetros óptimos de ajuste (µ, σ, κ) de la GVE buscada debe ser abordada de manera numérica, y para ello se seleccionó el algoritmo Complex de múltiples variables (z) restringidas o acotadas. Su planteamiento teórico es el siguiente (Box, 1965):
Sujeta a m variables dependientes (y), función de las variables de decisión (z):
Ambas variables tienen límites inferiores y superiores del tipo
Las designaciones principales en el código OPTIM son NX y NY, que definen el número de variables de decisión y dependientes; para el caso analizado tres (µ, σ, κ) y n (número de años del registro), debido a que las variables dependientes son restricciones de positividad, con j = 1,..., r valores por año
Una ventaja importante del código OPTIM radica en permitir un fácil acceso de los límites (L = lower, U = upper), nombres y valores iniciales de las variables, en la subrutina citada, por medio de las designaciones siguientes: XL(I), XU(I), XN$(I), X(I), YL(J),YU(J),YN$(J) y Y(J). Para el caso estudiado, I varía de 1 a 3, y J de 1 a n (número de años del registro). Después, se incluyen los criterios de convergencia FA y FR para las deviaciones absoluta y relativa de la F. Se utilizaron los valores siguientes: 0.0002 y 0.00001, respectivamente.
La función objetivo se denomina F en el código OPTIM y se accesa al final del programa; corresponde lógicamente a la Ecuación (15), con nombre FO$=”FLMV” de función logarítmica de máxima verosimilitud. Se asigna con signo negativo a F debido a que el algoritmo Complex minimiza a la función (Ecuación (17)) y se desea maximizar a la FLMV.
Por último, se aclara que por la naturaleza del problema numérico planteado, se tiene otra variable, que es NR = 1,..., 5, la cual equivale a cada muestra anual de niveles o gastos. La captura de datos se hace con dos ciclos anidados: uno para i, variando de 1 a n o número de años del registro procesados; y el otro para j, que va de 1 a 5, es decir, r de la Ecuación (15).
Test de Wald-Wolfowitz
Esta prueba no paramétrica ha sido utilizada por Bobée y Ashkar (1991), Rao y Hamed (2000), y Meylan, Favre y Musy (2012) para probar independencia y estacionariedad en registros de gastos máximos anuales (xi ). Para el caso estudiado, se propuso aplicar la prueba al registro de gastos máximos anuales (r = 1), que debe ser una muestra de valores aleatorios. Wald y Wolfowitz, basándose en el trabajo de Anderson sobre el coeficiente de correlación serial, desarrollaron tal prueba, cuyo estadístico es:
Cuando el tamaño (n) de la serie o muestra (xi ) no es pequeño y sus datos son independientes, R procede de una distribución normal con media y varianza, dadas por las expresiones siguientes:
en las cuales:
Finalmente, se calcula U, con la ecuación:
El valor de U sigue una distribución normal con media cero y varianza unitaria, y se puede usar para probar la independencia de los datos de la serie con un nivel de significancia α, por lo común del 5 %. En una prueba de dos colas, la variable normal estandarizada es Zα/2
Error estándar de ajuste
Es el indicador más común (Chai & Draxler, 2014) para el contraste de una distribución de probabilidades a datos reales; se estableció a mediados de la década de 1970 (Kite, 1977) y se ha aplicado en México haciendo uso de la fórmula empírica de Weibull (Benson, 1962). Ahora se aplicará utilizando la fórmula de Cunnane (Ecuación (25)), que de acuerdo con Stedinger (2017) conduce a probabilidades de no excedencia (p) aproximadamente insesgadas con las distribuciones utilizadas en hidrología. La expresión del error estándar de ajuste (EEA) es:
Xi son los niveles y gastos máximos anuales (r = 1) ordenados de menor a mayor, cuyo número es n y
Búsqueda de la solución óptima y robusta
Conforme se avanza de r = 1 a r = 5, al aplicar la Ecuación (15) y buscar su máximo con el algoritmo Complex, se van procesando cada vez más datos, primero n y por último 5n. Esto modifica los valores óptimos de los parámetros de ajuste (µ, σ, κ) y también hace cambiar al EEA, que se calcula exclusivamente con la serie anual de niveles o gastos máximos anuales (r = 1).
Lo anterior, para poder establecer una comparación objetiva en el uso de más información de cada año procesado (solución robusta) y buscar una combinación de µ, σ y κ (solución óptima) que conduzcan a un EEA menor o similar al mínimo obtenido con los métodos de ajuste por sextiles (Clarke, 1973; Campos-Aranda, 2001); momentos L (Hosking & Wallis, 1997; Stedinger, 2017), y momentos LH (Wang, 1997a; Wang, 1997b; Campos-Aranda, 2016).
Datos procesados
Registro de niveles en el Mar del Norte
Guedes Soares y Scotto (2004) presentan una gráfica de cinco niveles máximos anuales (metros) en el Mar del Norte, en el periodo 1976-1999; por lo cual, n = 24. Sus valores aproximados se muestran en la Tabla 1. Estos autores, para asegurarse de utilizar r valores anuales independientes, usan el concepto de duración o longitud estándar de tormenta (Tawn, 1988), definida en 480 horas (20 días), al muestrear un registro de niveles máximos tomado cada tres horas.
Tabla 1 Cinco niveles máximos anuales independientes (metros) en el Mar del Norte (Guedes Soares & Scotto, 2004).
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1976 | 10.38 | 9.39 | 9.21 | 8.59 | 8.45 |
| 1977 | 10.60 | 9.57 | 9.03 | 7.80 | 7.69 |
| 1978 | 11.34 | 9.06 | 7.82 | 7.57 | 6.78 |
| 1979 | 10.33 | 10.22 | 9.42 | 8.37 | 7.53 |
| 1980 | 10.54 | 9.43 | 9.30 | 8.50 | 7.90 |
| 1981 | 11.22 | 10.13 | 9.44 | 9.24 | 9.17 |
| 1982 | 8.85 | 8.67 | 8.34 | 7.96 | 7.85 |
| 1983 | 10.53 | 10.16 | 9.14 | 8.78 | 7.27 |
| 1984 | 9.20 | 8.97 | 8.43 | 8.11 | 7.14 |
| 1985 | 10.68 | 9.40 | 8.89 | 8.44 | 7.60 |
| 1986 | 9.92 | 9.49 | 8.60 | 8.47 | 8.14 |
| 1987 | 9.36 | 8.22 | 7.96 | 7.92 | 7.18 |
| 1988 | 12.95 | 10.17 | 9.08 | 8.67 | 8.34 |
| 1989 | 10.32 | 10.03 | 9.80 | 9.14 | 8.66 |
| 1990 | 10.46 | 10.00 | 9.60 | 9.00 | 8.47 |
| 1991 | 9.98 | 9.48 | 8.98 | 8.47 | 8.00 |
| 1992 | 11.47 | 9.80 | 8.46 | 7.98 | 7.48 |
| 1993 | 12.00 | 10.98 | 10.40 | 9.48 | 8.98 |
| 1994 | 9.00 | 8.46 | 7.98 | 7.50 | 7.20 |
| 1995 | 11.48 | 10.98 | 10.47 | 9.98 | 7.98 |
| 1996 | 10.97 | 10.00 | 9.00 | 8.00 | 7.50 |
| 1997 | 12.00 | 9.33 | 8.47 | 7.66 | 7.48 |
| 1998 | 8.52 | 8.40 | 8.18 | 8.04 | 7.88 |
| 1999 | 8.40 | 7.86 | 7.44 | 7.00 | 6.87 |
Integración de los registros de crecientes
Se procesaron cinco registros que fueron integrados con base en la información disponible en el sistema BANDAS (IMTA, 2002), en el CD 1, la cual se denomina “Gastos máximos mensuales”, e incluye día, hora y lectura de escala de cada uno de los 12 gastos máximos del año analizado. Los cinco registros por procesar de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, se exponen de mayor a menor área de cuenca. El parteaguas y colector principal de las estaciones hidrométricas: Huites, Santa Cruz, Jaina, Guamúchil y El Bledal, se muestran en la figura 1 de Campos-Aranda (2014), junto con otras 17 cuencas de tal región.
Para su integración, se aceptó que un lapso de 15 días asegura condiciones meteorológicas diferentes en la formación de cada creciente dentro de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México (Schulz, 1976; Campos-Aranda, 2000).
No se realizó una verificación de eventos extremos debido a que se acepta que la información hidrométrica que contiene el sistema BANDAS (IMTA, 2002) ha sido contrastada y depurada contra los datos o mediciones de campo.
Para buscar que los registros se integren con gastos independientes, se siguió el siguiente proceso, en cada año (a) se selecciona el gasto máximo anual (
Registro de crecientes en la hidrométrica Huites
La estación de aforos Huites en el río Fuerte de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, con clave 10037 y área de cuenca de 26057 km2, comenzó a operar en septiembre de 1941 y concluyó en diciembre de 1992 (n = 51), cuando inició la construcción de la Presa Luis Donaldo Colosio. Con el proceso descrito se integró su registro de cinco gastos máximos anuales independientes, que se expone en la Tabla 2.
Tabla 2 Cinco gastos máximos anuales independientes (m3/s) en la estación hidrométrica Huites, de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México.
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1942 | 2 531.0 | 2 037.6 | 1 868.8 | 780.3 | 427.6 |
| 1943 | 14 376.0 | 3 283.0 | 1 085.0 | 416.4 | 414.2 |
| 1944 | 2 580.0 | 1 262.5 | 1 024.8 | 768.0 | 474.6 |
| 1945 | 1 499.2 | 1 250.0 | 268.4 | 197.4 | 24.3 |
| 1946 | 1 164.8 | 445.0 | 427.5 | 151.0 | 62.2 |
| 1947 | 1 127.3 | 754.8 | 718.8 | 634.0 | 205.0 |
| 1948 | 3 215.0 | 799.0 | 623.2 | 493.5 | 118.8 |
| 1949 | 10 000.0 | 2 297.5 | 895.3 | 942.4 | 826.4 |
| 1950 | 3 229.3 | 1 384.0 | 961.0 | 439.0 | 438.9 |
| 1951 | 677.0 | 587.5 | 322.2 | 37.6 | 37.4 |
| 1952 | 1 266.0 | 895.0 | 355.8 | 238.3 | 223.5 |
| 1953 | 1 025.0 | 885.0 | 68.3 | 57.3 | 39.0 |
| 1954 | 954.8 | 540.1 | 481.2 | 406.6 | 171.4 |
| 1955 | 4780.3 | 1 069.9 | 662.0 | 561.8 | 35.8 |
| 1956 | 695.7 | 531.7 | 493.2 | 278.6 | 204.8 |
| 1957 | 593.0 | 489.0 | 380.0 | 362.0 | 156.2 |
| 1958 | 3 010.0 | 1 045.2 | 894.0 | 608.5 | 307.1 |
| 1959 | 1 908.0 | 1 831.0 | 1 345.5 | 652.0 | 544.3 |
| 1960 | 15 000.0 | 1 046.0 | 985.2 | 721.4 | 140.5 |
| 1961 | 1 396.3 | 905.9 | 831.6 | 771.2 | 682.0 |
| 1962 | 1 620.0 | 912.0 | 892.8 | 501.0 | 374.5 |
| 1963 | 2 702.0 | 1 054.0 | 980.1 | 969.2 | 323.0 |
| 1964 | 1 319.1 | 938.5 | 216.0 | 145.2 | 105.0 |
| 1965 | 1 944.0 | 1 787.6 | 491.2 | 360.0 | 147.6 |
| 1966 | 2 420.0 | 892.2 | 738.0 | 688.9 | 340.0 |
| 1967 | 2 505.8 | 1 310.5 | 1 192.8 | 462.5 | 272.6 |
| 1968 | 1 534.3 | 1 118.0 | 1 019.6 | 703.8 | 401.6 |
| 1969 | 1 508.0 | 736.0 | 504.0 | 417.6 | 300.0 |
| 1970 | 1 558.0 | 1 330.0 | 970.0 | 328.7 | 206.0 |
| 1971 | 2 200.0 | 1 176.0 | 592.0 | 591.2 | 576.3 |
| 1972 | 2 225.0 | 2 040.0 | 1 142.0 | 1 109.0 | 732.1 |
| 1973 | 7 960.0 | 2 256.5 | 1 546.1 | 1 380.0 | 372.5 |
| 1974 | 3 790.0 | 3 315.0 | 1 120.0 | 886.7 | 587.5 |
| 1975 | 1 095.0 | 965.5 | 532.9 | 213.2 | 59.2 |
| 1976 | 2 677.0 | 1 350.2 | 1 211.0 | 69.6 | 50.4 |
| 1977 | 1 135.0 | 622.0 | 266.9 | 153.5 | 120.0 |
| 1978 | 4 790.0 | 1 750.0 | 1 119.2 | 756.0 | 475.4 |
| 1979 | 6 860.0 | 1 001.0 | 820.0 | 480.0 | 302.0 |
| 1980 | 1 496.0 | 1 475.0 | 1 197.8 | 660.2 | 452.0 |
| 1981 | 4 828.1 | 2 448.0 | 2 280.0 | 2 052.0 | 1 000.3 |
| 1982 | 2 450.0 | 1 571.6 | 1 085.2 | 624.0 | 412.8 |
| 1983 | 8 275.0 | 1 439.0 | 1 400.0 | 1 006.7 | 893.0 |
| 1984 | 5 580.0 | 1 623.0 | 1 132.0 | 624.5 | 369.2 |
| 1985 | 3 585.0 | 1 250.0 | 1 121.4 | 925.0 | 307.6 |
| 1986 | 1 348.8 | 1 329.3 | 436.8 | 434.0 | 193.7 |
| 1987 | 1 429.2 | 679.2 | 310.4 | 78.7 | 62.9 |
| 1988 | 1 866.3 | 1 494.3 | 132.6 | 82.7 | 47.2 |
| 1989 | 1 868.5 | 1 413.9 | 1 230.3 | 1 164.7 | 249.9 |
| 1990 | 11 558.6 | 3 544.2 | 970.1 | 815.6 | 376.9 |
| 1991 | 2 563.1 | 2 370.0 | 1 721.5 | 1 517.6 | 1 266.7 |
| 1992 | 2 025.3 | 1 564.8 | 1 348.9 | 787.3 | 528.5 |
Registro de crecientes en la hidrométrica Santa Cruz
La estación de aforos Santa Cruz en el río San Lorenzo de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, con clave 10040 y área de cuenca de 8919 km2, comenzó a operar en mayo de 1943 y concluyó su registro continuo en diciembre de 1980 (n = 38). Con el proceso descrito se integró su registro de cinco gastos máximos anuales independientes, lo cual se muestra en la Tabla 3 y Figura 1.
Tabla 3 Cinco gastos máximos anuales independientes (m3/s) en la estación hidrométrica Santa Cruz, de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México.
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1943 | 2 102.9 | 2 067.3 | 1 166.0 | 485.0 | 266.2 |
| 1944 | 2 142.0 | 1 210.0 | 173.3 | 257.0 | 125.4 |
| 1945 | 1 023.4 | 623.8 | 427.4 | 267.7 | 66.8 |
| 1946 | 837.6 | 374.0 | 265.4 | 141.1 | 133.0 |
| 1947 | 1 161.2 | 734.0 | 672.8 | 211.5 | 134.6 |
| 1948 | 1 062.0 | 787.8 | 618.6 | 606.0 | 562.6 |
| 1949 | 784.2 | 503.6 | 270.4 | 233.8 | 207.7 |
| 1950 | 1 086.3 | 836.7 | 309.0 | 302.0 | 51.4 |
| 1951 | 487.8 | 421.0 | 333.4 | 272.0 | 146.0 |
| 1952 | 677.0 | 244.2 | 161.9 | 110.0 | 75.3 |
| 1953 | 807.0 | 480.6 | 385.0 | 122.0 | 92.0 |
| 1954 | 553.0 | 424.0 | 276.8 | 126.0 | 14.2 |
| 1955 | 1 252.0 | 895.6 | 768.4 | 426.0 | 26.8 |
| 1956 | 369.5 | 329.7 | 334.1 | 129.0 | 38.6 |
| 1957 | 293.0 | 279.0 | 190.6 | 154.0 | 11.6 |
| 1958 | 1 157.2 | 576.7 | 455.0 | 438.3 | 337.8 |
| 1959 | 762.2 | 232.1 | 48.0 | 40.4 | 28.0 |
| 1960 | 1 074.0 | 679.0 | 591.5 | 536.7 | 364.2 |
| 1961 | 1 280.0 | 765.0 | 587.6 | 521.0 | 112.5 |
| 1962 | 1 002.0 | 574.0 | 284.4 | 44.5 | 43.7 |
| 1963 | 3 680.0 | 707.4 | 615.1 | 566.7 | 277.0 |
| 1964 | 861.0 | 728.5 | 400.0 | 322.3 | 151.6 |
| 1965 | 888.8 | 346.0 | 187.4 | 175.0 | 55.9 |
| 1966 | 1 166.4 | 692.6 | 103.4 | 99.6 | 75.0 |
| 1967 | 950.0 | 651.2 | 603.6 | 252.6 | 225.8 |
| 1968 | 7 000.0 | 766.8 | 458.6 | 442.0 | 421.6 |
| 1969 | 484.0 | 438.0 | 365.0 | 323.0 | 192.0 |
| 1970 | 920.6 | 780.0 | 512.0 | 161.5 | 49.5 |
| 1971 | 812.0 | 747.0 | 443.3 | 280.6 | 126.0 |
| 1972 | 3 332.4 | 1 748.5 | 610.0 | 543.0 | 267.4 |
| 1973 | 898.0 | 890.0 | 800.0 | 90.5 | 73.3 |
| 1974 | 2 790.0 | 1 748.0 | 580.0 | 256.6 | 8.7 |
| 1975 | 620.0 | 410.0 | 392.5 | 182.0 | 23.8 |
| 1976 | 1 495.0 | 410.0 | 359.6 | 330.0 | 290.0 |
| 1977 | 836.0 | 696.0 | 512.9 | 114.6 | 78.0 |
| 1978 | 940.0 | 420.0 | 315.5 | 265.6 | 46.0 |
| 1979 | 3 080.0 | 523.3 | 484.0 | 67.9 | 22.0 |
| 1980 | 1 550.0 | 682.9 | 422.7 | 411.2 | 252.5 |
Registro de crecientes en la hidrométrica Jaina
La estación de aforos Jaina en el río Sinaloa de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, con clave 10036 y área de cuenca de 8179 km2, comenzó a operar en enero de 1942 y concluyó su registro continuo en diciembre de 1997 (n = 56). Con el proceso descrito se integró su registro de cinco gastos máximos anuales independientes, lo cual se expone en la Tabla 4.
Tabla 4 Cinco gastos máximos anuales independientes (m3/s) en la estación hidrométrica Jaina, de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México.
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1942 | 2 065.2 | 707.0 | 219.5 | 217.0 | 114.4 |
| 1943 | 6 991.3 | 1 715.0 | 1091.4 | 501.9 | 427.0 |
| 1944 | 580.0 | 514.0 | 404.9 | 366.0 | 253.8 |
| 1945 | 714.2 | 501.6 | 312.2 | 208.2 | 83.5 |
| 1946 | 746.5 | 280.0 | 217.0 | 81.9 | 70.3 |
| 1947 | 771.2 | 452.3 | 291.5 | 279.0 | 175.8 |
| 1948 | 692.5 | 622.8 | 438.6 | 311.0 | 192.7 |
| 1949 | 2 614.0 | 914.0 | 463.0 | 379.4 | 283.5 |
| 1950 | 2 336.0 | 438.3 | 287.2 | 135.5 | 110.9 |
| 1951 | 437.0 | 369.8 | 328.2 | 261.2 | 31.1 |
| 1952 | 594.2 | 304.0 | 163.0 | 40.6 | 26.9 |
| 1953 | 545.5 | 346.3 | 173.4 | 19.7 | 12.3 |
| 1954 | 516.4 | 327.8 | 213.1 | 81.8 | 58.0 |
| 1955 | 1 600.0 | 1 143.0 | 835.0 | 310.0 | 19.0 |
| 1956 | 639.0 | 514.0 | 212.0 | 25.1 | 23.0 |
| 1957 | 362.0 | 314.0 | 180.5 | 42.8 | 15.3 |
| 1958 | 2 232.0 | 594.0 | 389.0 | 305.6 | 230.6 |
| 1959 | 615.5 | 586.0 | 370.4 | 359.0 | 176.5 |
| 1960 | 2 003.0 | 545.6 | 394.4 | 316.1 | 302.0 |
| 1961 | 795.0 | 719.0 | 439.0 | 351.5 | 307.8 |
| 1962 | 1 137.0 | 514.8 | 297.6 | 295.2 | 59.7 |
| 1963 | 1 226.0 | 718.1 | 506.8 | 264.9 | 100.5 |
| 1964 | 453.7 | 433.2 | 233.0 | 129.8 | 36.7 |
| 1965 | 649.8 | 325.2 | 144.5 | 42.0 | 35.6 |
| 1966 | 958.0 | 381.6 | 274.8 | 143.6 | 109.0 |
| 1967 | 900.0 | 368.8 | 327.6 | 201.9 | 106.0 |
| 1968 | 1 338.0 | 734.9 | 522.0 | 250.6 | 215.5 |
| 1969 | 340.0 | 205.0 | 193.0 | 67.1 | 44.3 |
| 1970 | 356.6 | 287.8 | 208.0 | 107.0 | 19.0 |
| 1971 | 1 109.0 | 831.9 | 467.0 | 282.0 | 198.0 |
| 1972 | 932.0 | 551.0 | 468.2 | 412.0 | 403.1 |
| 1973 | 1 349.0 | 520.0 | 411.6 | 395.0 | 364.5 |
| 1974 | 680.0 | 675.0 | 545.8 | 418.8 | 220.0 |
| 1975 | 488.0 | 164.8 | 164.3 | 35.7 | 17.8 |
| 1976 | 900.0 | 390.2 | 313.3 | 290.5 | 216.5 |
| 1977 | 790.7 | 229.4 | 195.2 | 188.0 | 74.4 |
| 1978 | 988.0 | 521.0 | 315.2 | 26.9 | 26.0 |
| 1979 | 1 620.0 | 309.0 | 300.5 | 239.8 | 115.6 |
| 1980 | 400.3 | 321.2 | 132.5 | 121.2 | 103.5 |
| 1981 | 2 831.7 | 452.1 | 342.0 | 233.4 | 316.9 |
| 1982 | 4 440.4 | 325.0 | 105.0 | 66.5 | 51.6 |
| 1983 | 178.9 | 152.8 | 108.5 | 89.3 | 80.2 |
| 1984 | 693.7 | 586.4 | 451.2 | 315.6 | 220.5 |
| 1985 | 493.9 | 468.9 | 152.4 | 127.2 | 123.0 |
| 1986 | 416.2 | 276.7 | 114.4 | 88.9 | 78.7 |
| 1987 | 518.2 | 86.4 | 64.2 | 62.5 | 61.7 |
| 1988 | 105.0 | 63.7 | 36.7 | 35.8 | 26.7 |
| 1989 | 227.4 | 140.1 | 85.9 | 75.7 | 68.4 |
| 1990 | 638.2 | 412.2 | 286.9 | 181.8 | 86.9 |
| 1991 | 308.9 | 292.0 | 138.6 | 129.1 | 108.6 |
| 1992 | 371.8 | 143.7 | 125.3 | 114.9 | 92.1 |
| 1993 | 216.2 | 90.6 | 80.6 | 78.6 | 77.1 |
| 1994 | 199.0 | 119.0 | 91.9 | 85.2 | 80.5 |
| 1995 | 173.6 | 117.4 | 98.8 | 85.5 | 75.5 |
| 1996 | 343.6 | 336.8 | 89.9 | 77.1 | 57.6 |
| 1997 | 169.1 | 116.2 | 86.5 | 74.1 | 66.4 |
Registro de crecientes en la hidrométrica Guamúchil
La estación de aforos Guamúchil en el río Mocorito de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, con clave 10031 y área de cuenca de 1645 km2, comenzó a operar en octubre de 1938 y concluyó en diciembre de 1971 (n = 33), cuando inició la construcción de la presa Eustaquio Buelna. Con el proceso descrito se integró su registro de cinco gastos máximos anuales independientes (Tabla 5).
Tabla 5 Cinco gastos máximos anuales independientes (m3/s) en la estación hidrométrica Guamúchil, de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México.
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1939 | 299.0 | 299.0 | 164.4 | 78.0 | 12.2 |
| 1940 | 254.5 | 37.2 | 34.1 | 31.9 | 3.2 |
| 1941 | 65.3 | 36.1 | 13.5 | 3.0 | 2.1 |
| 1942 | 445.0 | 298.0 | 161.0 | 83.0 | 4.9 |
| 1943 | 1 550.0 | 1 236.4 | 298.0 | 92.3 | 71.5 |
| 1944 | 391.8 | 71.4 | 22.1 | 7.9 | 2.7 |
| 1945 | 916.0 | 336.0 | 276.0 | 228.7 | 1.7 |
| 1946 | 241.0 | 48.4 | 12.7 | 0.3 | 0.3 |
| 1947 | 530.0 | 133.0 | 26.0 | 15.5 | 0.9 |
| 1948 | 648.0 | 548.0 | 195.9 | 40.4 | 2.8 |
| 1949 | 375.0 | 145.4 | 89.2 | 72.8 | 34.0 |
| 1950 | 272.3 | 74.2 | 69.3 | 1.4 | 0.2 |
| 1951 | 422.3 | 409.7 | 82.8 | 13.8 | 2.3 |
| 1952 | 376.8 | 26.8 | 16.7 | 0.2 | 0.1 |
| 1953 | 1 173.0 | 261.3 | 213.0 | 3.0 | 1.1 |
| 1954 | 219.0 | 115.4 | 101.2 | 24.9 | 0.4 |
| 1955 | 3 507.0 | 189.0 | 11.4 | 2.3 | 1.1 |
| 1956 | 165.0 | 148.2 | 76.4 | 0.4 | 0.2 |
| 1957 | 526.0 | 342.0 | 57.4 | 8.2 | 0.4 |
| 1958 | 1 014.0 | 534.0 | 221.0 | 168.0 | 2.3 |
| 1959 | 1610.0 | 374.0 | 372.8 | 22.4 | 2.7 |
| 1960 | 137.0 | 130.0 | 94.5 | 69.3 | 49.4 |
| 1961 | 524.5 | 302.0 | 134.1 | 28.5 | 5.4 |
| 1962 | 985.0 | 524.0 | 168.0 | 112.5 | 4.9 |
| 1963 | 459.5 | 311.2 | 211.5 | 90.7 | 22.7 |
| 1964 | 390.0 | 202.1 | 123.2 | 4.4 | 1.1 |
| 1965 | 449.0 | 382.5 | 3.1 | 1.4 | 0.1 |
| 1966 | 793.9 | 687.8 | 3.4 | 3.2 | 0.6 |
| 1967 | 719.5 | 325.0 | 105.7 | 10.6 | 6.8 |
| 1968 | 200.0 | 146.2 | 132.5 | 24.8 | 9.3 |
| 1969 | 312.0 | 126.6 | 84.7 | 30.3 | 5.3 |
| 1970 | 520.0 | 295.0 | 256.0 | 2.7 | 0.3 |
| 1971 | 1 045.0 | 790.0 | 175.0 | 52.8 | 25.0 |
Registro de crecientes en la hidrométrica El Bledal
La estación de aforos El Bledal, en el arroyo del mismo nombre de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, con clave 10027 y área de cuenca de 371 km2, comenzó a operar en septiembre de 1937 y concluyó en diciembre de 1994 (n = 57). Con el proceso descrito se integró su registro de cinco gastos máximos anuales independientes, como se expone en la Tabla 6.
Tabla 6 Cinco gastos máximos anuales independientes (m3/s) en la estación hidrométrica El Bledal, de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México.
| Año | r valores anuales | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1938 | 766.1 | 120.8 | 89.8 | 77.7 | 2.9 |
| 1939 | 597.3 | 204.0 | 16.5 | 13.0 | 11.9 |
| 1940 | 170.0 | 28.0 | 19.0 | 8.4 | 1.3 |
| 1941 | 118.6 | 17.1 | 10.1 | 4.8 | 3.6 |
| 1942 | 64.6 | 33.8 | 6.4 | 0.3 | 0.2 |
| 1943 | 157.2 | 150.5 | 40.9 | 32.3 | 12.3 |
| 1944 | 197.0 | 46.2 | 1.0 | 0.8 | 0.5 |
| 1945 | 414.0 | 253.2 | 144.0 | 21.4 | 0.9 |
| 1946 | 291.0 | 95.3 | 14.0 | 7.1 | 0.3 |
| 1947 | 174.0 | 8.4 | 0.9 | 0.5 | 0.5 |
| 1948 | 233.0 | 141.2 | 106.0 | 3.5 | 0.8 |
| 1949 | 155.2 | 25.1 | 15.8 | 1.4 | 1.0 |
| 1950 | 44.1 | 40.4 | 22.8 | 1.8 | 0.2 |
| 1951 | 227.4 | 68.0 | 29.6 | 26.7 | 2.5 |
| 1952 | 169.0 | 15.4 | 15.4 | 0.8 | 0.2 |
| 1953 | 668.9 | 334.0 | 155.0 | 12.5 | 0.5 |
| 1954 | 30.7 | 15.4 | 8.1 | 1.9 | 0.5 |
| 1955 | 152.0 | 79.8 | 3.9 | 3.7 | 0.3 |
| 1956 | 91.4 | 51.3 | 48.1 | 1.0 | 0.3 |
| 1957 | 283.0 | 30.5 | 28.3 | 0.3 | 0.2 |
| 1958 | 433.0 | 121.0 | 95.4 | 30.3 | 3.0 |
| 1959 | 132.4 | 59.3 | 2.4 | 1.1 | 0.3 |
| 1960 | 529.0 | 161.6 | 20.0 | 18.6 | 10.3 |
| 1961 | 122.0 | 92.3 | 3.8 | 1.3 | 0.5 |
| 1962 | 1 000.0 | 108.5 | 56.5 | 34.7 | 0.6 |
| 1963 | 335.0 | 123.0 | 61.3 | 0.4 | 0.2 |
| 1964 | 258.0 | 189.8 | 59.0 | 12.8 | 0.6 |
| 1965 | 91.5 | 56.8 | 52.2 | 1.3 | 0.4 |
| 1966 | 121.8 | 98.6 | 95.9 | 1.5 | 0.2 |
| 1967 | 325.6 | 115.4 | 92.7 | 46.5 | 8.6 |
| 1968 | 1 576.0 | 190.4 | 70.6 | 6.1 | 2.9 |
| 1969 | 228.0 | 42.0 | 24.4 | 0.7 | 0.3 |
| 1970 | 82.0 | 37.0 | 0.6 | 0.2 | 0.1 |
| 1971 | 276.0 | 260.0 | 191.0 | 4.3 | 3.1 |
| 1972 | 380.0 | 112.0 | 68.6 | 20.6 | 0.5 |
| 1973 | 296.0 | 2.2 | 0.6 | 0.4 | 0.2 |
| 1974 | 256.1 | 98.0 | 64.2 | 46.9 | 25.0 |
| 1975 | 490.0 | 73.4 | 30.6 | 1.1 | 0.4 |
| 1976 | 59.6 | 25.0 | 25.0 | 18.4 | 6.1 |
| 1977 | 123.0 | 61.3 | 4.0 | 0.2 | 0.1 |
| 1978 | 255.0 | 21.7 | 5.6 | 0.1 | 0.1 |
| 1979 | 283.0 | 52.3 | 10.8 | 0.2 | 0.1 |
| 1980 | 226.0 | 211.1 | 42.6 | 1.3 | 0.2 |
| 1981 | 210.0 | 118.0 | 79.8 | 1.4 | 0.3 |
| 1982 | 67.0 | 62.5 | 18.0 | 11.2 | 4.5 |
| 1983 | 50.7 | 47.6 | 32.5 | 13.4 | 10.8 |
| 1984 | 160.0 | 153.1 | 105.2 | 90.5 | 70.5 |
| 1985 | 278.0 | 240.0 | 95.5 | 86.5 | 3.2 |
| 1986 | 723.5 | 25.6 | 15.1 | 13.5 | 1.9 |
| 1987 | 107.2 | 92.4 | 11.2 | 2.4 | 0.3 |
| 1988 | 234.3 | 102.5 | 80.6 | 2.8 | 1.6 |
| 1989 | 424.9 | 197.0 | 36.0 | 31.7 | 1.1 |
| 1990 | 459.3 | 332.4 | 86.2 | 18.1 | 2.2 |
| 1991 | 73.8 | 58.2 | 35.2 | 10.3 | 4.6 |
| 1992 | 181.1 | 161.9 | 77.6 | 12.7 | 0.9 |
| 1993 | 334.0 | 127.9 | 70.4 | 10.2 | 0.2 |
| 1994 | 278.2 | 143.3 | 101.0 | 3.3 | 0.9 |
Registro de niveles con tendencia en Venecia
En la Tabla 7 y Figura 2 se tienen los primeros cinco niveles máximos anuales del mar de los 10 que expuso Smith (1986), para Venecia, Italia.
Tabla 7 Registro de cinco niveles máximos anuales (metros) durante 51 años en Venecia, Italia (Smith, 1986).
| Año | r valores anuales | Año | r valores anuales | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1931 | 103 | 99 | 98 | 96 | 94 | 1957 | 119 | 107 | 100 | 98 | 98 | |
| 1932 | 78 | 78 | 74 | 73 | 73 | 1958 | 124 | 114 | 113 | 110 | 108 | |
| 1933 | 121 | 113 | 106 | 105 | 102 | 1959 | 118 | 117 | 108 | 107 | 105 | |
| 1934 | 116 | 113 | 91 | 91 | 91 | 1960 | 145 | 126 | 123 | 116 | 114 | |
| 1935 | 115 | 107 | 105 | 101 | 93 | 1961 | 122 | 108 | 104 | 100 | 100 | |
| 1936 | 147 | 106 | 93 | 90 | 87 | 1962 | 114 | 110 | 108 | 107 | 106 | |
| 1937 | 119 | 107 | 107 | 106 | 105 | 1963 | 118 | 116 | 114 | 112 | 110 | |
| 1938 | 114 | 97 | 85 | 83 | 82 | 1964 | 107 | 104 | 104 | 103 | 102 | |
| 1939 | 89 | 86 | 82 | 81 | 80 | 1965 | 110 | 108 | 106 | 102 | 101 | |
| 1940 | 102 | 101 | 98 | 97 | 96 | 1966 | 194 | 127 | 126 | 104 | 103 | |
| 1941 | 99 | 98 | 96 | 95 | 94 | 1967 | 138 | 118 | 118 | 107 | 100 | |
| 1942 | 91 | 91 | 87 | 83 | 83 | 1968 | 144 | 132 | 123 | 114 | 112 | |
| 1943 | 97 | 88 | 82 | 79 | 78 | 1969 | 138 | 120 | 116 | 114 | 108 | |
| 1944 | 106 | 96 | 94 | 90 | 89 | 1970 | 123 | 122 | 119 | 110 | 105 | |
| 1945 | 105 | 102 | 98 | 88 | 86 | 1971 | 122 | 116 | 116 | 109 | 104 | |
| 1946 | 136 | 104 | 103 | 101 | 100 | 1972 | 120 | 118 | 113 | 111 | 96 | |
| 1947 | 126 | 108 | 101 | 99 | 98 | 1973 | 114 | 111 | 99 | 98 | 97 | |
| 1948 | 132 | 126 | 119 | 107 | 101 | 1974 | 96 | 95 | 95 | 93 | 92 | |
| 1949 | 104 | 102 | 102 | 101 | 93 | 1975 | 125 | 110 | 109 | 103 | 102 | |
| 1950 | 117 | 96 | 91 | 89 | 88 | 1976 | 124 | 122 | 114 | 109 | 108 | |
| 1951 | 151 | 117 | 114 | 109 | 106 | 1977 | 120 | 102 | 100 | 98 | 96 | |
| 1952 | 116 | 104 | 103 | 98 | 91 | 1978 | 132 | 114 | 110 | 107 | 105 | |
| 1953 | 107 | 102 | 98 | 98 | 92 | 1979 | 166 | 140 | 131 | 130 | 122 | |
| 1954 | 112 | 100 | 95 | 94 | 94 | 1980 | 134 | 114 | 111 | 109 | 107 | |
| 1955 | 97 | 96 | 96 | 95 | 94 | 1981 | 138 | 136 | 130 | 128 | 119 | |
| 1956 | 95 | 91 | 90 | 85 | 85 | - | - | - | - | - | - | |
Resultados
Prueba de aleatoriedad
Los resultados del test de Wald-Wolfowitz, definido en las ecuaciones (19) a (23), para cada uno de seis registros procesados (Tabla 1, Tabla 2, Tabla 3, Tabla 4, Tabla 5 y Tabla 6, columnas 2), son los siguientes: Mar del Norte U = -0.518; Huites U = -0.113; Santa Cruz U = -0.827; Jaina U = 1.510; Guamúchil U = -1.414; El Bledal U = 0.224, y Venecia U = 2.641. Por lo anterior, los primeros seis registros de valores máximos anuales (r = 1) son aleatorios y el de Venecia no lo es.
Ajustes a las series anuales (r = 1)
En la Tabla 8 se han concentrado los resultados de los ajustes de la distribución GVE a cada una de las series anuales de valores máximos (r = 1), por medio de los métodos de sextiles, momentos L y momentos LH. Tales resultados son los parámetros de ajuste (µ, σ, κ) y el error estándar de ajuste (EEA), cuyo valor mínimo alcanzado en cada serie se indica entre paréntesis.
Tabla 8 Error estándar de ajuste (EEA) y parámetros óptimos de las series anuales (r = 1), en los seis registros indicados con los tres métodos citados.
| Registro | EEA | Sextiles | ||
|---|---|---|---|---|
| µ | σ | κ | ||
| Mar del Norte | 0.189 | 10.048 | 1.139 | -0.3075 |
| Huites | 991.2 | 1 724.345 | 1 099.256 | 0.4778 |
| Santa Cruz | 305.3 | 814.822 | 507.620 | 0.3495 |
| Jaina | 208.5 | 514.672 | 390.172 | 0.4192 |
| Guamúchil | 177.2 | 373.026 | 260.903 | 0.3363 |
| El Bledal | 36.3 | 169.232 | 118.795 | 0.3062 |
| Venecia | 3.984 | 111.438 | 16.966 | -0.1102 |
| Registro | EEA | Momentos L | ||
| µ | σ | κ | ||
| Mar del Norte | (0.184) | 10.034 | 1.187 | -0.3040 |
| Huites | 930.0 | 1 755.541 | 1 178.274 | 0.4459 |
| Santa Cruz | 282.2 | 826.631 | 402.385 | 0.4544 |
| Jaina | (190.8) | 516.752 | 381.623 | 0.4353 |
| Guamúchil | 153.4 | 362.642 | 250.526 | 0.3803 |
| El Bledal | 33.4 | 168.181 | 123.130 | 0.2982 |
| Venecia | 3.636 | 110.994 | 16.854 | -0.0764 |
| Registro | EEA | Momentos LH | ||
| µ | σ | κ | ||
| Mar del Norte (L1) | 0.186 | 10.038 | 1.106 | -0.2391 |
| Huites (L2) | (830.3) | 1 509.511 | 1 598.497 | 0.3264 |
| Santa Cruz (L3) | (275.3) | 743.090 | 473.732 | 0.4044 |
| Jaina (L1) | 191.6 | 514.368 | 387.161 | 0.4296 |
| Guamúchil (L3) | (152.7) | 361.325 | 249.637 | 0.3827 |
| El Bledal (L4) | (32.0) | 171.392 | 116.514 | 0.3222 |
| Venecia (L1) | (3.587) | 111.690 | 14.241 | 0.0405 |
Guías para la aplicación del algoritmo Complex
De inicio se buscó definir límites y valores iniciales de las variables de ajuste (µ, σ, κ), y de las dependientes o restricciones de positividad que funcionaran para las cinco series por procesar (r = 1,..., 5) de cada registro.
Durante las primeras aplicaciones del código OPTIM surgieron varias dificultades, una de ellas estuvo asociada con los límites de las variables, que son del tipo ≤. Entonces, para los límites inferiores no se debe poner cero sino 0.10 para los parámetros de ubicación (µ) y escala (σ), y 0.01 para las variables dependientes.
Respecto a los límites superiores, se encontró conveniente usar como mínimo el doble de los valores calculados para los parámetros µ y σ de la GVE de las series de gastos máximos anuales (r = 1) por medio del método que condujo al EEA mínimo (Tabla 8). Nunca fue necesario cambiar los límites superiores para que el código OPTIM funcionara. Para las variables dependientes se adoptó un valor superior de 100.
En relación con los límites del parámetro de forma (κ), por lo general se usaron como inferior -0.50 y como superior 0.50, o bien -1 y 1. En pocas ocasiones se tuvo que restringir su límite para obtener resultados en el orden de magnitud del EEA del primer registro procesado (r = 1).
Finalmente, respecto a los valores iniciales de los parámetros de ajuste (µ, σ, κ), en general funcionaron bien los valores cercanos al mejor ajuste de la GVE (Tabla 8) entre sextiles, momentos L y momentos LH con la serie de gastos máximos anuales (r = 1). En la Tabla 9 se exponen los límites y valores iniciales utilizados para procesar las 30 series de valores máximos anuales.
Tabla 9 Límites y valores iniciales adoptados para los parámetros de ajuste (µ, σ, κ) en la aplicación del algoritmo Complex.
| Registro | µ | σ | κ | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| inf | sup | inic | inf | sup | inic | inf | Sup | inic | |
| Mar del Norte | 0.10 | 100 | 15 | 0.10 | 100 | 5 | -0.50 | 0.50 | -0.25 |
| Huites | 0.10 | 4 000 | 1 500 | 0.10 | 3 000 | 1 000 | -1.00 | 1.00 | 0.45 |
| Santa Cruz | 0.10 | 2 000 | 900 | 0.10 | 1 000 | 500 | -0.50 | 0.50 | 0.35 |
| Jaina | 0.10 | 1 000 | 500 | 0.10 | 800 | 400 | -0.50 | 0.50 | 0.45 |
| Guamúchil | 0.10 | 800 | 300 | 0.10 | 500 | 200 | -0.50 | 0.50 | 0.30 |
| El Bledal | 0.10 | 300 | 150 | 0.10 | 200 | 100 | -0.40 | 0.40 | 0.35 |
El registro de Venecia se procesó sustituyendo a la Ecuación (16) en la Ecuación (15), ahora con cuatro parámetros de ajuste. Los límites inferior y superior, y el valor inicial fueron los siguientes:
Al procesar algunas series de ciertos registros se tuvo que cambiar un dato inicial para que el algoritmo Complex llegara a una solución cercana a la óptima y no a un mínimo local. Por ejemplo, en el registro de Mar del Norte, para la serie de r = 3 se usó -0.05 para el κ inicial. Para el registro de El Bledal se limitó a 0.40 el valor de parámetro de forma κ.
Resultados del algoritmo Complex
En la Tabla 10 se muestran los principales indicadores de la aplicación del algoritmo Complex (aC), como son: la función logarítmica de máxima verosimilitud (FLMV), calculada con la Ecuación (15); el error estándar de ajuste (EEA), evaluado con la Ecuación (23), y los valores óptimos de los parámetros de ajuste (µ, σ, κ).
Tabla 10 Resultados del algoritmo Complex con cada serie anual de r gastos máximos en los registros indicados.
| Registro: | r | FLMV Inicial | FLMV final | No.Eval. | EEA aC | Parámetros de ajuste | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| µ | σ | κ | ||||||
| Mar del Norte EEAmín = 0.184 |
1 | 79.2 | 36.9 | 307 | 0.184 | 10.037 | 1.124 | -0.2712 |
| 2 | 108.8 | 50.7 | 176 | 0.225 | 10.024 | 0.995 | -0.2001 | |
| 3 | 123.4 | 60.5 | 154 | 0.211 | 10.007 | 1.029 | -0.2164 | |
| 4 | 158.4 | 66.7 | 164 | 0.196 | 9.993 | 1.071 | -0.2300 | |
| 5 | 181.3 | 75.2 | 198 | 0.190 | 10.000 | 1.118 | -0.2753 | |
| Huites EEAmín = 830.3 |
1 | 455.1 | 453.3 | 96 | 1363.0 | 1690.25 | 1081.08 | 0.5713 |
| 2 | 829.5 | 825.9 | 96 | 1186.1 | 1666.73 | 1054.85 | 0.5490 | |
| 3 | 1185.8 | 1182.5 | 98 | 971.5 | 1759.61 | 1193.36 | 0.3971 | |
| 4 | 1515.7 | 1508.9 | 93 | 1040.4 | 1781.62 | 1196.44 | 0.3687 | |
| 5 | 1839.9 | 1825.6 | 94 | 900.3 | 1746.67 | 1267.03 | 0.4372 | |
| Santa Cruz EEAmín = 275.3 |
1 | 300.9 | 300.6 | 111 | 349.5 | 856.806 | 457.724 | 0.3632 |
| 2 | 552.8 | 552.1 | 132 | 267.3 | 819.749 | 463.835 | 0.4040 | |
| 3 | 793.5 | 787.3 | 122 | 408.0 | 830.896 | 496.459 | 0.3006 | |
| 4 | 1033.3 | 1009.9 | 116 | 364.9 | 815.842 | 518.103 | 0.3090 | |
| 5 | 1295.4 | 1226.4 | 128 | 470.6 | 860.041 | 539.006 | 0.2255 | |
| Jaina EEAmín = 190.8 |
1 | 436.1 | 435.6 | 127 | 100.4 | 505.486 | 372.456 | 0.4894 |
| 2 | 788.2 | 784.3 | 85 | 230.9 | 550.876 | 377.100 | 0.4194 | |
| 3 | 1106.2 | 1098.4 | 120 | 216.9 | 550.285 | 376.230 | 0.4266 | |
| 4 | 1403.2 | 1394.7 | 115 | 238.3 | 547.134 | 380.289 | 0.4131 | |
| 5 | 1676.0 | 1663.4 | 117 | 134.9 | 527.104 | 381.679 | 0.4593 | |
| Guamúchil EEAmín = 152.7 |
1 | 243.6 | 241.9 | 118 | 153.7 | 370.294 | 254.203 | 0.3724 |
| 2 | 448.2 | 444.9 | 145 | 138.0 | 375.509 | 281.706 | 0.3518 | |
| 3 | 630.5 | 625.2 | 103 | 152.6 | 338.938 | 267.647 | 0.3607 | |
| 4 | 802.1 | 787.2 | 213 | 119.3 | 292.374 | 259.547 | 0.4991 | |
| 5 | 935.1 | 917.7 | 158 | 181.7 | 240.682 | 211.943 | 0.4994 | |
| El Bledal EEAmín = 32.0 |
1 | 374.3 | 373.5 | 99 | 16.6 | 163.134 | 118.291 | 0.3673 |
| 2 | 684.1 | 676.5 | 110 | 33.8 | 144.617 | 116.827 | 0.3473 | |
| 3 | 951.4 | 931.5 | 167 | 42.0 | 131.231 | 108.428 | 0.3998 | |
| 4 | 1202.2 | 1159.1 | 167 | 71.2 | 115.991 | 99.014 | 0.4000 | |
| 5 | 1367.1 | 1326.9 | 144 | 140.1 | 93.270 | 76.361 | 0.3999 | |
También se cita en la columna 1 de la Tabla 10 el EEA mínimo obtenido (Tabla 8) con la serie anual de máximos anuales (r = 1), con alguno de los tres métodos aplicados: sextiles, momentos L y momentos LH. Contra tal valor habrá que comparar los alcanzados por el algoritmo Complex, mostrados en la columna 6 (solución robusta). Los valores del EEA adoptados se muestran sombreados en la Tabla 10: son los mínimos alcanzados por el algoritmo Complex.
Los resultados relativos a las cinco series del registro de Venecia, Italia, se han concentrado en la Tabla 11, en la cual se observa que el mejor ajuste se logró con r = 2 y un valor de EEA cercano al mínimo del método de los momentos LH de 3.587 metros (Tabla 8).
Tabla 11 Resultados del algoritmo Complex con cada serie anual de r niveles máximos en el registro de Venecia, Italia, considerando tendencia lineal.
| r | FLMVinicial | FLMVfinal | No.eval. | EEAaC | Parámetros de ajuste | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
σ | κ | |||||
| 1 | 224.6 | 216.1 | 205 | 7.444 | 96.902 | 0.562 | 14.490 | -0.0276 |
| 2 | 376.0 | 367.3 | 188 | 5.381 | 101.175 | 0.476 | 12.960 | -0.0117 |
| 3 | 501.1 | 494.5 | 164 | 6.207 | 101.419 | 0.535 | 12.758 | -0.0467 |
| 4 | 616.3 | 605.6 | 261 | 5.983 | 103.712 | 0.478 | 12.539 | -0.0459 |
| 5 | 722.2 | 705.6 | 244 | 5.761 | 104.281 | 0.456 | 12.327 | -0.0337 |
Discusión
Contrastes del EEA
Con base en los resultados de la Tabla 10 se deduce: (1) para el registro de Mar del Norte, que el método de máxima verosimilitud con r = 1 iguala al EEA mínimo, alcanzado con el método de momentos L; (2) en los registros de las estaciones Huites y Santa Cruz se obtiene la mejor opción con r = 5 en la primera y con r = 2 en la segunda; en Santa Cruz se obtiene un EEA menor que el mínimo (L3) del método de momentos LH; (3) en los registros de las estaciones Jaina, Guamúchil y El Bledal se definen como mejores opciones las siguientes: r = 1, r = 4 y r = 1, que conducen a un EEA menor que el mínimo obtenido con los métodos de momentos L en Jaina y de momentos LH en las otras dos estaciones.
Predicciones del algoritmo Complex
Seleccionadas, en cada uno de los seis registros procesados, las series de r que condujeron a los EEA menores, se contrastan las predicciones obtenidas y expuestas en la Tabla 12 contra las del método que condujo al menor EEA en la Tabla 8, para establecer las que serán adoptadas, por ser más severas o críticas, las cuales se muestran sombreadas.
Tabla 12 Predicciones para los periodos de retorno indicados, con cada serie anual de r gastos máximos independientes en los registros indicados.
| Registro | Met. R | Periodos de retorno (Tr) en años | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 10 | 25 | 50 | 100 | 500 | 1 000 | ||
| Mar del Norte (metros) | ml | 11.46 | 11.97 | 12.46 | 12.75 | 12.97 | 13.35 | 13.46 |
| 1 | 11.42 | 11.93 | 12.44 | 12.74 | 12.99 | 13.41 | 13.54 | |
| 2 | 11.31 | 11.83 | 12.38 | 12.72 | 13.02 | 13.56 | 13.75 | |
| 3 | 11.33 | 11.84 | 12.38 | 12.72 | 13.01 | 13.52 | 13.70 | |
| 4 | 11.35 | 11.87 | 12.42 | 12.75 | 13.03 | 13.53 | 13.70 | |
| 5 | 11.37 | 11.88 | 12.35 | 12.67 | 12.92 | 13.33 | 13.46 | |
| Huites (m3/s) | L2 | 4 603 | 6 821 | 10 523 | 14 113 | 18 593 | 33 829 | 43 286 |
| 1 | 4 256 | 6 642 | 11 562 | 17 380 | 25 997 | 65 651 | 97 674 | |
| 2 | 4 123 | 6 355 | 10 869 | 16 112 | 23 758 | 57 976 | 84 967 | |
| 3 | 4 206 | 6 099 | 9 457 | 12 906 | 17 428 | 34 194 | 45 434 | |
| 4 | 4 178 | 5 976 | 9 089 | 12 213 | 16 228 | 30 607 | 39 953 | |
| 5 | 4 432 | 6 600 | 10 581 | 14 805 | 20 501 | 42 685 | 58 214 | |
| Santa Cruz (m3/s) | L3 | 1 720 | 2 482 | 3 842 | 5 247 | 7 098 | 14 024 | 18 704 |
| 1 | 1 770 | 2 450 | 3 624 | 4 796 | 6 297 | 11 637 | 15 087 | |
| 2 | 1 776 | 2 521 | 3 851 | 5 225 | 7 035 | 13 801 | 18 370 | |
| 3 | 1 772 | 2 428 | 3 499 | 4 516 | 5 762 | 9 870 | 12 349 | |
| 4 | 1 804 | 2 500 | 3 644 | 4 738 | 6 086 | 10 575 | 13 308 | |
| 5 | 1 822 | 2 440 | 3 387 | 4 232 | 5 214 | 8 174 | 9 817 | |
| Jaina (m3/s) | ml | 1 324 | 1 975 | 3 168 | 4 431 | 6 133 | 12 745 | 17 364 |
| 1 | 1 330 | 2 034 | 3 386 | 4 882 | 6 975 | 15 670 | 22 108 | |
| 2 | 1 338 | 1 962 | 3 091 | 4 271 | 5 843 | 11 832 | 15 945 | |
| 3 | 1 341 | 1 972 | 3 120 | 4 328 | 5 945 | 12 162 | 16 465 | |
| 4 | 1 337 | 1 959 | 3 077 | 4 240 | 5 783 | 11 615 | 15 593 | |
| 5 | 1 351 | 2 032 | 3 307 | 4 684 | 6 569 | 14 116 | 19 526 | |
| Guamúchil (m3/s) | L3 | 867 | 1 252 | 1 928 | 2 613 | 3 503 | 6 744 | 8 883 |
| 1 | 881 | 1 266 | 1 934 | 2 607 | 3 474 | 6 592 | 8 628 | |
| 2 | 932 | 1 342 | 2 042 | 2 735 | 3 615 | 6 702 | 8 672 | |
| 3 | 872 | 1 268 | 1 949 | 2 628 | 3 497 | 6 576 | 8560 | |
| 4 | 872 | 1 371 | 2 339 | 3 418 | 4 938 | 11 329 | 16 109 | |
| 5 | 714 | 1 122 | 1 913 | 2 795 | 4 037 | 9 264 | 13 175 | |
| El Bledal (m3/s) | L4 | 396 | 557 | 823 | 1 081 | 1 402 | 2 487 | 3 158 |
| 1 | 400 | 577 | 884 | 1 191 | 1 586 | 2 997 | 3 912 | |
| 2 | 375 | 543 | 830 | 1 112 | 1 470 | 2 719 | 3 512 | |
| 3 | 354 | 527 | 834 | 1 151 | 1 566 | 3 112 | 4 151 | |
| 4 | 320 | 477 | 758 | 1 047 | 1 427 | 2 840 | 3 790 | |
| 5 | 250 | 372 | 589 | 811 | 1 104 | 2 194 | 2 927 | |
| Venecia (metros) | L1 | 133.7 | 145.2 | 160.3 | 171.9 | 183.7 | 212.3 | 225.2 |
| 1 | 146.9 | 157.2 | 169.9 | 179.2 | 188.2 | 208.3 | 216.7 | |
| 2 | 144.7 | 154.2 | 166.1 | 174.9 | 183.5 | 203.1 | 211.5 | |
| 3 | 147.2 | 156.0 | 166.6 | 174.2 | 181.5 | 197.5 | 204.0 | |
| 4 | 146.2 | 154.9 | 165.4 | 172.9 | 180.1 | 195.9 | 202.3 | |
| 5 | 145.5 | 154.2 | 164.9 | 172.6 | 180.0 | 196.6 | 203.5 | |
Se aclara que las predicciones mostradas para las cinco series de Venecia, Italia, corresponden al final del periodo histórico, es decir, utilizando la covariable t con un valor de 51, en la Ecuación (16), al aplicarla en la Ecuación (7).
Asimismo, debido a la amplitud que muestran (33 ≤ n ≤ 57) los cinco registros de crecientes procesados de la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa), México, sus predicciones confiables pueden abarcar hasta el periodo de retorno (Tr) de 100 años; sin embargo, se presentan las de Tr = 500 y 1 000 años para observar el grado de dispersión que tales predicciones robustas muestran en ambos intervalos de recurrencia extremos.
Para el registro de Santa Cruz, en los periodos de retorno (Tr) mayores de 50 años se observan en la Tabla 12 predicciones ligeramente más grandes con el método de los momentos LH, que con las soluciones robustas del método de los r eventos máximos anuales. Lo mismo ocurre en el registro de Venecia, pero exclusivamente en los periodos de retorno (Tr) de 500 y 1 000 años.
Por otra parte, para los registros de Huites (r = 5), Santa Cruz (r=2) y Guamúchil (r = 4) se obtuvieron predicciones más severas o críticas con el ajuste de la GVE y el método de r eventos anuales, que las alcanzadas con los métodos clásicos, que utilizan un valor máximo anual. Lo anterior es notable en el registro de Guamúchil.
Finalmente, en los registros restantes (Mar del Norte, Jaina y El Bledal) con r = 1, el método de máxima verosimilitud iguala o reduce el EEA alcanzado por los métodos clásicos de momentos L y LH. En la estación Jaina es factible adoptar los resultados de la serie con r = 5 si se desea una solución robusta con un EEA ligeramente mayor.
Conclusiones
El ajuste de la distribución GVE, con el método de máxima verosimilitud y utilizando r eventos máximos anuales, es un procedimiento que permite utilizar más información de los valores extremos observados y, por lo tanto, realiza predicciones más confiables, ya que se están estimando sus parámetros de ajuste con más precisión. En resumen, conduce a una solución robusta desde un punto de vista estadístico.
Las siete aplicaciones numéricas descritas mostraron que la maximización de la función logarítmica de verosimilitud mediante el algoritmo Complex no presentó dificultades computacionales. Además, encuentra soluciones óptimas que mejoran el ajuste logrado con los métodos clásicos de momentos L y LH, que utilizan únicamente el valor máximo anual. Este fue el caso en cuatro de los cinco registros de crecientes procesados (Tabla 10).
Con base en la última aplicación numérica, relativa a los cinco niveles máximos del mar en Venecia, Italia, se observa la simplicidad para procesar registros no estacionarios que presentan tendencia lineal. Lo anterior, debido a la facilidad para incrementar variables de decisión, cambiar sus límites y/o valores iniciales, y modificar la función objetivo en el algoritmo Complex.
Con respecto a las predicciones, las cuales variaron de un periodo de retorno de 5 a 1 000 años, las soluciones alcanzadas con el algoritmo Complex reportaron en general valores más grandes o críticos. Lo anterior fue notable en los registros de Guamúchil, Jaina y El Bledal. La excepción fue el registro de la estación Santa Cruz en los altos periodos de retorno, donde se obtuvieron predicciones ligeramente menores (Tabla 12).
Tomando en cuenta que no implica gran dificultad integrar registros de crecientes independientes con cinco valores máximos por año y que la implementación del algoritmo Complex es simple, se recomienda aplicar sistemáticamente el ajuste de la distribución GVE con r eventos anuales en el análisis de frecuencias de crecientes.










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