Hidrologa Principios bsicosLA HIDROLOGIA

1.- INTRODUCCIN:Nuestro planeta recibe casi toda su luz y calor del Sol. La existencia de volcanes y fuentes termales demuestran que la Tierra tiene algn calor propio, pero sin la radiacin solar, sera una bola oscura y helada, con una temperatura superficial no muy superior al cero absoluto.

El desigual calentamiento dela superficie terrestre por elsol origina que lacirculacin del aire seconvierta enun sistema gigantesco de intercambio trmico produciendo la formacin de vientos, tormentas, huracanes, ciclones y tornados, estos fenmenosoriginan cambios en el tiempo atmosfricolas cuales son estudiados por la Meteorologa convertida en ciencia en el siglo XVII, con los datos de presin, temperatura, humedad, velocidad y direccin del viento, precipitaciones y nubosidad; los que se traducen,descifran y setiene una imagen completa del tiempo existente. Estas ciencias de la Tierra se relacionan cada vez ms con nuestra vida cotidiana.De simples temas de inters acadmico o poco mas, se han transformado en fuentes de informacin neurlgicas (decisivas) para muchas actividades humanas, desde la agricultura hasta la prediccindelfuturo.Talvezlomsimportanteesqueelmayor conocimientonosha facilitado un mejor entendimiento de las complejas interacciones existentes entre los distintos procesos de la Tierra (nuestro planeta) y el hombre.El estilo de vida al cual nos hemos ido acostumbrando depende, en gran medida de la disponibilidad de suficiente agua limpia y barata y que, luego de haber sido usada su eliminacin sea segura.La naturaleza limita la cantidad de agua disponible para nuestro uso. Aunque existe agua en el planeta, no siempre se encuentra en el lugar y momento adecuados. Existen evidencias de que los desechos qumicos eliminados de forma inapropiada en tiempos atrs estn apareciendo en las fuentes de agua.En la actualidad nos enfrentamos a unos consumos muy altos, abastecimientos inciertos y demandas incrementadas, de proteccin contra inundaciones y la contaminacin. Son preocupantes los efectos de escasez de agua limpia sobre la economa y la salud.Entonces, la hidrologa se ha desarrollado como ciencia en respuesta a la necesidad de comprender el complejo sistema hdrico de la Tierra y ayudar a solucionar los problemas del agua.

2.- LA HIDROLOGIA:La hidrologa proviene del griego hidro que significa agua y logos que significa estudio, doctrina. La hidrologa es la disciplina cientfica dedicada al estudio de las aguas de la tierra, incluyendo su presencia, distribucin y circulacin ininterrumpida entre la Tierra y la atmsfera, manifestada en sus diferentes fases que se presentan a travs del ciclo hidrolgico, y las interacciones con los seres vivos. Tambin trata de las propiedades qumicas y fsicas del agua en todas sus fases.Dentro de los proyectos hidrulicos tenemos dos tipos: los proyectos que se refieren al uso del agua y los que se refieren a la defensa contra los daos que nos ocasiona el agua.

3.- DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LA TIERRA SEGN SU NATURALEZA:La superficie de la tierra est cubierta en un 70% por agua y paradjicamente el cuerpo del ser humano tambin est cubierto por un 70%.Segn reporte de la ONU asegura que 800 millones de personas no tienen acceso al agua y cerca de 2,500 millones no poseen servicio adecuado, 25 millones de nios viven sin agua potable y cada ao incrementa el nmero de personas muertas por agua contaminada y se viene incrementando la salinizacin del agua por los cambios climticos.Segn la UNICEF cerca a 1,500 nios mueren diariamente por falta de agua, especialmente en el Continente africano que es el ms afectado.Y de 6 a 8 millones de personas mueren anualmente por catstrofes o enfermedades ligadas al agua. El ao 1992 la asamblea general las Naciones Unidas estableci que el 22 de marzo de cada ao se celebra el da del agua, ello con la intencin de centrar la atencin en el agua dulce y la intencin de cuidar este lquido. Como consecuencia del crecimiento poblacional, el despilfarro del agua y la contaminacin ambiental.El agua incolora e inodoro es el recurso ms codiciado del futuro.La distribucin del agua en la tierra segn su naturaleza se explica en el grfico adjunto donde se observa que las barras muestran en donde se localiza el agua de la tierra y en qu forma sta existe. La barra de la izquierda muestra en donde se encuentra el agua; casi un 97% de toda el agua se encuentra en los ocanos. La barra en medio representa el 3% del agua dulce de la otra parte de la barra del lado izquierdo (es decir la porcin de toda el agua de la Tierra que no se encuentra en los ocanos).De este 3% la mayora un 68.7% se encuentra en glaciares, capas de hielo o casquetes polares, principalmente en Groenlandia y la Antrtica y en los mares salados que se localizan en partes interiores de los pases (nuestras reservas).El 30.1% esta porcin de agua es subterrnea, el 0.3% es agua superficial y 0.9% es otros.La barra del lado derecho muestra la distribucin del agua superficial (el 0.3%).Ntese que del remanente de los ros es donde la gente se surte la mayor parte del agua para su consumo diario.

Esa misma informacin tambin se puede mostrar en el siguiente cuadro:

4.- OBJETIVO PRINCIPAL.-El objetivo primario de la hidrologa es el estudio de las interrelaciones entre el agua y su ambiente. Ya que la hidrologa se interesa principalmente en el agua localizada cerca de la superficie del suelo, se interesa particularmente en aquellos componentes del ciclo hidrolgico como la precipitacin, evaporacin, evapotranspiracin, escorrenta y agua en el suelo. Los diferentes aspectos de estos fenmenos son estudiados en sus varias sub disciplinas.5.- IMPORTANCIA Y APLICACIN.-La hidrologa es importante para el desarrollo, gestin y control de los recursos del agua. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo el desarrollo de sistemas de irrigacin, control de inundaciones y erosin de suelos, eliminacin y tratamiento de aguas usadas, disminucin de la contaminacin, uso recreacional del agua, la conservacin de los peces y para la vida silvestre, la generacin hidrulica y el diseo de estructuras hidrulicas.6.- GRUPOS DE AGUA.-6.1.- AGUA DE SUPERFICIE:

Es tal y como lo dice su nombre: es agua que se encuentra en un ro lago, o encerrado en otra superficie.6.2.- AGUA DE LA SUBTERRANEA:

Es aquella agua que est atrapada debajo de la tierra.

Acuferos:

Un acufero es unaformacin geolgica subterrnea compuesta de grava,arena o piedra porosa, capaz de almacenar yrendir agua.

7.- CLASIFICACIN DE LA HIDROLOGIA.-La hidrologa puede catalogarse, de acuerdo con su forma de anlisis y el uso de los resultados que se obtengan se pueden clasificar en:Hidrologa cualitativaHidrologa cuantitativaHidrologa hidromtricaHidrologa en tiempo realHidrologa forestal7.1.- Hidrologa cualitativa: En la hidrologa cualitativa el nfasis est dado en la descripcin de los procesos con que se realiza un cambio o evaluacin primaria de un estudio. Por ejemplo en la determinacin de las formas y causas que provocan la formacin de un banco de arena de un ro, estudio asociado al transporte slido de los recursos de agua; o al anlisis de la ocurrencia de condensaciones en determinados puntos de una carretera, que afectan la visibilidad y por lo tanto pueden aconsejar a cambiar el trazado de la misma.7.2.- Hidrologa cuantitativa: El nfasis de la hidrologa cuantitativa est en el estudio de la distribucin temporal de los recursos hdricos en una determinada cuenca hidrogrfica. Los instrumentos ms utilizados en esta rama de la hidrologa son los instrumentos matemticos, modelos estadsticos y modelos conceptuales.7.3.- Hidrologa hidromtrica: La hidrologa hidromtrica o hidrometra se centra en la medicin de las variables hidrolgicas, se trata bsicamente de trabajos de campo donde el uso adecuado de los instrumentos de medicin, la seleccin adecuada de los locales en los cuales las medidas son efectuadas y la correcta interpretacin de los resultados es fundamental para la calidad de la informacin recabada, ayudando en su totalidad a poder calcular aspectos relacionados con cauces y las dependencias hidrolgicas.7.4.- Hidrologa en tiempo real: Es la rama mas nueva de la hidrologa y se populariza a partir de los aos 1960 1970 con el auge de las redes telemtricas, donde sensores ubicados en varios puntos de las cuencas transmiten en tiempo real los datos de una central operativa donde son analizados inmediatamente para utilizarlos en auxilio de la toma de decisiones de carcter operativo, como abrir o cerrar compuertas de una determinada obra hidrulica.7.5.- Hidrologa forestal: Es el estudio del ciclo hidrolgico, es decir la circulacin del agua entre la tierra y la atmosfera en los montes, bosques o dems reas naturales.

8.- BREVE RESEA HISTORICA DE LA HIDROLOGA.- PERIODOS DE RECONOCIMIETO EN LAHISTORIA

Periodo de especulacin. Periodo de observacin. Periodo de mediciones. Periodo de experimentacin. Periodo de modernizacin. Periodo de empirismo. Periodo de racionalizacin. Periodo de teorizacin. Periodo de globalizacin. Periodo de virtualizacin.El agua es esencial para la vida y su distribucin y disponibilidad estn asociadas con el desarrollo de las sociedades humanas. Por esta razn, los estudios sobre hidrologa son, en cierto sentido, tan antiguos como las civilizaciones. Biswas (1970) llega a situar el origen de la hidrologa varios milenios antes de Cristo. En la cuenca mediterrnea, cuna de nuestra civilizacin, el inters por la gestin de los recursos del agua es ancestral. As, uno de los planes de irrigacin ms antiguos que se conocen es el de la villa de Nippur en la Mesopotamia del siglo XIII a. C. (Kazmann, 1971). En la Grecia clsica, Platn ya pone de manifiesto el papel del bosque en la escorrenta (Poncet, 1968). No obstante la idea de que la lluvia poda ser el origen de las aguas que circulan por los ros tard mucho en aparecer. Ciertamente la dificultad de esta comprensin es ms grande en un medio mediterrneo, puesto que no se da una correlacin simple entre precipitacin y escorrenta. Tan difcil resulta en estas condiciones relacionar los caudales de finales de junio con las lluvias de invierno, como la ausencia de escorrenta permanente despus de las lluvias de otoo. En la antigedad clsica e inters por el conocimiento de la localizacin y magnitud de los recursos hdricos es bien notoria, as como la bsqueda de una explicacin a la ocurrencia de fuentes, ros y al posible movimiento del agua en el suelo. As, para Platn el origen de ros y fuentes es el ocano homrico o Tartarus, un gran pasaje subterrneo con ramificaciones que penetraban toda la tierra hasta que sala al exteriorpor ros y fuentes. Aristteles crea que el agua de la superficie era debida a la condensacin del agua que contiene la tierra, es decir, a que existen unos vapores subterrneos ascendentes. Sin embargo Aristteles explic los mecanismos de laprecipitacin y Vitrubio, trescientos aos ms tarde, comprendi el origen pluvial de las fuentes, al entender que el agua subterrnea se originaba en su mayor parte por la infiltracin de la lluvia y la fusin de la nieve. Otro aspecto a mencionar son los esfuerzos para tomar mediciones de caudales, uno de los pilares donde se asienta la Hidrologa. El primer instrumento que se conoce es el utilizado para medir los niveles del Nilo, y consiste en columnas talladas llamadas nilmetros en las que se registraron niveles de hasta 74,25 metros. Tambin se cuantificaron incrementos del lecho de 2,68 metros en 2800 aos, lo que significa una acumulacin de sedimentos de 0,09 metros cada 100 aos. El primer nilmetro rabe se construy en el ao 715 en la isla de Roda y se tienen registros de los niveles mximos y mnimos desde el ao 641.Leonardo Da Vinci (1452-1519) llev a cabo multitud de observaciones de campo, las cuales, si bien, fueron ms cualitativas que cuantitativas, tiene ya visos de modernidadLa hidrologa como ciencia moderna se inicia en el siglo XIX con el desarrollo de la fsica, con la aceptacin del concepto de ciclo hidrolgico y con la iniciacin de medidas de precipitacin y caudales. Pero desde la antigedad existen referencias a medidas de caudales, debido a que los desarrollos de las grandes culturas fueron consecuencias de las actividades agrcolas prximas a grandes ros. Existieron sistemas de regados en Egipto, China y Mesopotamia.Para los griegos, asentados en una regin montaosa predominantemente calcrea, sin ros de gran importancia y donde la existencia de grutas era abundante, se crea una teora basada en el ascenso del agua del ocano hasta las cavernas, de donde surgan las fuentes y que la sal era prdida en este ascenso. Y los fenmenos de lluvia eran asociados a la Mitologa.Los romanos mantienen estas mismas creencias que an perduran a lo largo de la edad media. Es necesario llegar al renacimiento para que se propongan nuevas teoras.En el siglo XV Leonardo da Vinci introduce la idea de evaporacin y condensacin. Unos aos despus Bernard Palissy propone ya con claridad el concepto de ciclo hidrolgico.En el siglo XVII Perrault, Mariotte y Halley avanzan dentro del concepto de ciclo hidrolgico en los aspectos de escorrenta y evaporacin. Por ejemplo Halley cuantifica la evaporacin mundial y comprueba que es suficiente para cubrir todos los cursos de agua.Durante los siglos XVIII y XIX los avances de la Hidrulica, Pitot, Bernoulli, Chezy, Venturi, etc. hacen avanzar la Hidrologa que por otra parte es empujada por las necesidades producidas por el desarrollo de obras hidrulicas.En la segunda mitad del siglo XIX, se generaliza la medida de precipitaciones y caudales. La formulacin de Darcy para el movimiento del agua en medios porosos impulsa el desarrollo de la Hidrogeologa y de la Hidrologa.E el siglo XX se inicia con el deseo de que la Hidrologa aporte datos para la prediccin de aportaciones. Durante el primer tercio del siglo XX todos estos temas se abordan con formatos empricos de escaso rigor, pero es a partir de los aos 30 cuando se desarrollan las teoras cuantitativas basadas en mtodos estadsticos.Es de enunciar La Teora del Hidrograma Unitario de Sherman, Wienar (1948) que desarrolla el anlisis estadstico de series temporales, Gumbel (1958) distribucin de mximas, etc. Durante los aos 60 aparecen los ordenadores electrnicos que permite mucha amplitud de clculos con gran volumen de seguridad, lo que ha permitido el desarrollo de los modelos matemticos.

9.- INTERRELACIONES DE LA HIDROLOGIA CON OTRAS CIENCIAS FUNDAMENTALES.- La hidrologa es una ciencia ECLETICA, es decir se apoya en otras ciencias auxiliares para poder hacer uso de su propia interpretacin y uso.La hidrologa abarca todas las ciencias hdricas.Los nexos entre la hidrologa y otras ciencias de la tierra, como la Meteorologa, Geologa, Oceanografa, etc. surgen de la naturalidad complejidad del ciclo hidrolgico y su relacin con los fenmenos meteorolgicos, tipos de suelo, topografa y otros factores geolgicos.Esta complejidad hace que los lmites entre las ciencias mencionadas sean desarrolladas en una serie de tpicos especializados que se agruparon bajo el nombre de Planeamiento de Recursos Hidrulicos.

10.- APLICACIN DE LA HIDROLOGIA SU RELACIN E IMPORTANCIA DE SU DESARROLLO CON LA INGENIERA.-En la actualidad la Hidrologa tiene un papel muy importante en el planeamiento del uso de los recursos hidrulicos y ha llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniera que tiene que ver con suministro de agua, disposicin de aguas servidas, drenaje, proteccin contra la accin de ros y recreacin.De otro lado, la integracin de la hidrologa con la ingeniera de sistemas ha conducido al uso impredecible del computador en el procesamiento de informacin existente y en la simulacin de ocurrencia de eventos futuros.En la relacin con la ingeniera aparece definida la necesidad de realizar predicciones acerca de la disponibilidad del agua, y en este tema se asocia la Hidrologa con las necesidades propias de los diseos de obras hidrulicas.A raz de la aplicacin y de la relacin de la Hidrologa con la ingeniera se desarrollan:La hidrologa bsica yLa hidrologa aplicada.10.1.- LA HIDROLOGA BSICA: Estudia los conceptos fsicos del ciclo hidrolgico, los mtodos de recoleccin de informacin hidrolgica y los procedimientos clsicos de procesamiento de datos estadsticos.

10.2.- LA HIDROLOGIA APLICADA: Utiliza la informacin bsica y la procesa de acuerdo con las necesidades de los proyectos de aprovechamiento de recursos hidrulicos, empleando las herramientas que ofrece la tecnologa moderna.Entre los temas que desarrolla la Hidrologa Aplicada estn los siguientes: Hidrologa en cuencas pequeas con informacin escasa Drenaje de aguas de lluvias Hidrologa en proyectos de Riego y Drenaje Hidrologa en proyectos de acueducto y alcantarillado Hidrologa en proyectos de generacin de energa hidrulica Diseo y operacin de embalses Hidrologa para estudios de aprovechamiento de aguas subterrneas Control de inundaciones Estimativo de los volmenes de sedimentos que pueden afectar el funcionamiento de las estructuras hidrulicas

11.- EL CICLO HIDROLOGICO:Es las diversas variaciones del estado fsico del agua que se producen en la naturaleza. Vista a nivel de cuenca, se puede esquematizar como estmulo constituido por la precipitacin, al que la cuenca responde mediante el escurrimiento en su salida.El agua est en la atmsfera en estado gaseoso (hmeda), se producen ciertos cambios de temperatura y presin generndose as la condensacin (lquido). Esta cae en forma de precipitacin (lluvia, granizo, nieve, etc.) llegando a los ros con un tiempo de residencia y desembocando luego en el mar.Por ende el agua est expuesta al sol producindose as la evaporacin, pasando otra vez a la atmsfera para continuar con el ciclo.Como todo ciclo, el hidrolgico no tiene ni principio ni fin; y su descripcin puede comenzar en cualquier punto.

El agua que se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el efecto de la radiacin solar y el viento. El vapor de agua, que as se forma, se eleva y se transporta por la atmsfera en forma de nubes hasta que se condensa y cae hacia la tierra en forma de precipitacin.

Durante su trayecto hacia la superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a evaporarse o ser interceptada por las plantas o las construcciones, luego fluye por la superficie hasta las corrientes o se infiltra.

El agua interceptada y una parte de la infiltrada y de la que corre por la superficie se evapora nuevamente. De la precipitacin que llega a las corrientes, una parte se infiltra y otra llega hasta los ocanos y otros grandes cuerpos de agua, como presas y lagos. Del agua infiltrada, una parte es absorbida por las plantas y posteriormente es transpirada, casi en su totalidad, haca la atmsfera y otra partefluye bajo la superficie de la tierra hacia las corrientes, el mar u otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del suelo (percolacin) para ser almacenada como agua subterrnea y despus aflorar enmanantiales, ros o el mar.

El ciclo hidrolgico no es nada regular. Muestra de ello son las sequas y las inundaciones con los que estamos tan acostumbrados en nuestro pas. Precisamente contra estas irregularidades que lucha el hombre.

12.- ETAPAS DEL CICLO HIDROLOGOCO:AlmacenamientoEvaporacinPrecipitacinEscorrenta

Almacenamiento superficial:La cantidad de agua en los ros y lagos est permanentemente cambiando, debido a las entradas y salidas del agua al sistema. El agua que entra proviene de las precipitaciones, de la escorrenta superficial, del agua subterrnea que se filtra hacia la superficie, y de los ros tributarios. La prdida de agua de los lagos y ros se debe a la evaporacin y a la descarga hacia aguas subterrneas.Los seres humanos tambin usan el agua superficial para satisfacer sus necesidades. La cantidad y localizacin del agua superficial vara en el tiempo y el espacio, ya sea porcausas naturales o debidas a la accin del hombre.Evaporacin:Es el proceso por el cual el agua de los ocanos y de la tierra se convierte en vapor de agua y penetra en la atmsfera en forma de gas. La evaporacin de las plantas se denominatranspiracin.

La transpiracin es el proceso por el cual el agua es llevada desde las races hasta pequeos poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua yse libera a la atmsfera.

Precipitacin:Se produce cuando el vapor del agua de la atmosfera se condensa en las nubes y cae en la tierra.

El vapor de agua se enfra a medida que se eleva, condesndose en gotitas de agua para formar las nubes. El total deagua en el mundo es1.400.000.000 km3. (Un km3 aguaes igual a un trilln de litros.) Cerca de 3.100 Km3 de agua se puede encontrar en la atmsfera como vapor de agua.

La infiltracin es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo. Lainfiltracin est gobernada por dos fuerzas: la gravedad y la accin capilar.

A medida que el agua se infiltra en el suelo sub superficial,generalmente forma una zona no-saturada y otra saturada. En la zona de no-saturacin, hay algo de agua presente en las aperturas del material sub superficial, pero el suelo no se encuentra saturado.

El agua infiltrada puede desplazarse hacia abajo en vertical, puede atravesar capas sub superficiales de manera horizontal, o en unacombinacin de ambas direcciones.

El agua delas precipitaciones se almacena en la tierra enformas liquidas y solidas.

Escorrenta:El agua que fluye en las corrientes yros se denomina escorrenta superficial.

12.- LOS CONTAMINANTES.-

Los contaminantes ms frecuentes de las aguas son las materias orgnicas y bacterias, hidrocarburos, desperdicios industriales, productos pesticidas y otros utilizados en la agricultura, productos qumicos domsticos y desechos radioactivos.

Lo ms grave es que una parte de los derivados del petrleo son arrojados al mar por los barcos o por las industrias ribereas y son absorbidos por la fauna y flora marinas que los retransmiten a los consumidores de peces, crustceos, moluscos, algas, etc.

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Hoja1Ocanos97.000%Agua dulce3.000%Casquetes polares y glaciares2.061%Agua subterranea0.903%Otros0.027%Agua superficial0.009%Lagos0.008%Pantanos0.001%Ros0.00018%VOLUMEN TOTAL DE AGUA100.000%