Ciclo hidrológico e integral del agua
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1. El agua.
2. El agua en los seres vivos.
3. ¿Qué es el ciclo natural o hidrológico del
agua? 4. Fases del ciclo natural del agua
Condensación.
Precipitación.
Escorrentía.
- Superficial.
- Hipodérmica.
- Subterránea.
Almacenamiento.
- El océano es un depósito del agua.
- Almacenamiento de agua en la atmósfera.
- Agua almacenada en los hielos y la nieve.
- Almacenamiento de agua dulce.
- Agua subterránea almacenada
Evaporación.
- La evaporación conduce el ciclo del agua.
Transpiración.
5 Distribución global del agua
6.Factores que afectan al ciclo hidrológico del agua
7.¿Cómo prevenir la alteración del ciclo
hidrológico?
8. Balance hidrológico
Islas Canarias
Gran Canaria
9.¿ Qué entendemos por el ciclo
integral del agua?
10. Esquema general
11. Partes del ciclo
Captación del agua
Estación de tratamiento del
agua potable
Desalación
-Con cambio de fase :
* Destilación en múltiple
efecto.
* Compresión de vapor
- Sin cambio de fase:
* ósmosis inversa.
* Electrodiálisis.
Distribución de consumo y agua.
Red de alcantarillado.
EDAR.
Reutilización.
La molécula del agua consiste en la combinación de un átomo de oxigeno con dos de hidrógeno, unidos formando un ángulo de 105°.
El agua cubre cerca del 71% de la superficie terrestre formando océanos, casquetes polares, aguas superficiales y subterráneas. Todos estos elementos conforman la hidrosfera. Se estima que el volumen de agua de la hidrosfera es de 1.386 millones de km3. De este volumen el 96,5 % se encuentra en los océanos como agua salada y el 3,5 % restante como agua dulce proveniente del continente. De este ultimo porcentaje, el 69 % se encuentra en forma sólida en los glaciares y el 30 % como agua subterránea, quedando solamente el 1 % conformando los ríos, lagos, lagunas.
El agua es un compuesto que forma parte de los seres vivos, desde los seres unicelulares más primitivos hasta la especie humana. La vida solo es posible en un medio con agua líquida.
En los animales, constituye entre un 60% y un 70% de su peso total, sus tejidos están formados, entre otras cosas, por agua y las reacciones químicas que constituyen su metabolismo se realizan en un medio acuoso.
Con las plantas ocurre lo mismo, entre el 75% y el 90% de su peso total es agua.
La hidrología es la ciencia que estudia la distribución del agua en la Tierra, sus
reacciones físicas y químicas con otras sustancias existentes en la
naturaleza, y su relación con la vida en el planeta
El agua terrestre puede estar en forma sólida, líquida,
o de vapor, debido a que las condiciones de presión/
temperatura en el planeta se sitúan alrededor de las de
su punto triple.
Otra función muy importante del ciclo hidrológico es su efecto sobre el
clima del planeta.
Las corrientes marinas calientan o enfrían muchas zonas del planeta,
manteniendo condiciones óptimas para la vida en regiones donde sería
difícil vivir.
. El agua circula por todo el planeta, moviéndose de la atmósfera hacia la
tierra y los mares en forma de precipitaciones o en forma de evaporación, y
viceversa. Discurre por los ríos y éstos hacia el mar. Se cae en forma de nieve en las altas montañas o forma hielo en las regiones frías. Se filtra por la tierra y recarga los acuíferos y éstos a su tiempo, alimentan fuentes y originan ríos y lagos. Forma parte de los seres vivos convirtiéndose en su principal elemento. Todo este proceso no sería posible sin la energía térmica del sol que es la que mantiene en movimiento todo este ciclo.
El ciclo natural del agua depende fundamentalmente de la interrelación entre una serie de factores: el volumen de las precipitaciones; el sustrato geológico y el tipo de materiales y las características de los suelos.
Lógicamente la variedad de situaciones que esto conlleva hace que los ciclos del agua presenten diferencias notables no solo a escala continental sino también entre las principales unidades físicas que componen la región. De hecho el agua es uno de los agentes más decisivos en esta configuración física en tanto que, por un lado, actúa como modelador del relieve mediante un largo proceso de erosión motivada por la escorrentía superficial y, por otro, determina, en íntima relación con los materiales que forman el suelo, la productividad biológica de cada espacio, su fertilidad y el tipo de vegetación que es capaz de soportar.
CONDENSACIÓN :Los movimientos ascendentes del aire en la atmósfera elevan el vapor de agua,
y además los vientos lo transportan a grandes distancias.
A menor temperatura mayor saturación.
A mayor saturación se condensa en gotas de 40-50 micras
de diámetro.EJEMPLO :
PRECIPITACIÓN:En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del
cielo y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo.
La precipitación es generada por las nubes, cuando alcanzan un punto de
saturación; en este punto las gotas de agua aumentan de tamaño hasta
alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza de gravedad.
La cantidad de agua que desciende de la tierra durante la lluvia se mide por
medio del Pluviómetro.
ESCORRENTÍA:
La escorrentía es el agua generada por una cuenca en
la forma de flujo superficial y por tanto constituye
la forma más disponible del recurso.
Se considera escorrentía (E) al total del agua que circula por los cauces superficiales y subterráneos:
E = ES + EH + PS + PD
DONDE:
Escorrentía superficial (ES)
Escorrentía hipodérmica (EH)
Escorrentía subterránea (PS)
PD Precipitaciones.
ESCORRENTÍA SUBTERRÁNEA:
RETORNO A LA SUPERFICIE :+ Fuentes o Manantiales :Se originan cuando el nivel freático corta a la superficie del
terreno, de manera que el agua de un acuífero fluye al exterior.
+ Zonas pantanosas: Afloramientos de aguas subterráneas cuando el nivel freático
coincide con la superficie del terreno en zonas más o menos amplias.
+ Fuentes termales y geyseres: Las rocas calientes se pueden encontrar relativamente
cerca de la superficie, como ocurre en zonas volcánicas. Cuando estas aguas calientes
afloran a la superficie, dan lugar a los manantiales y fuentes termales.
ALMACENAMIENTO:Podemos encontrar varias formas, estados e incluso espacios para almacenar el
agua:
+ El océano es un depósito del agua: La cantidad de agua que es "almacenada" en los
océanos por largos períodos de tiempo, es mucho mayor a la que actualmente se
encuentra en movimiento en el ciclo del agua. También se estima, que los océanos
proveen de un 90% del agua que se evapora hacia la atmósfera. Durante los períodos de
clima más frío, se forman grandes capas de hielo, menor será el agua disponible en las
otras componentes del ciclo. Lo contrario en los calidos.
EL océano: 1.338.000.000 kilómetros cúbicos
+ Almacenamiento de agua en la atmósfera :Si bien la atmósfera no es un importante almacenador de agua, es una vía rápida que el agua utiliza para moverse por el
globo terráqueo. Siempre hay agua en la atmósfera .12,900 kilómetros cúbicos
+ Agua almacenada en los hielos y la nieve: El agua que es almacenada por largos períodos de tiempo en el hielo, la nieve o los glaciares, también forma parte del ciclo del agua. La mayor parte de la masa de hielo de la Tierra, alrededor del 90 por ciento, se encuentra en la Antártida.
+ Almacenamiento de agua dulce:El agua superficial incluye
los arroyos, estanques, lagos, reservorios y humedales de
agua dulce. La cantidad y localización del agua superficial
varia en el tiempo y el espacio, ya sea por causas naturales o debido a la
acción del hombre.
+ Agua subterránea almacenada :
Grandes cantidades de agua son
almacenadas en el suelo.
EVAPORACIÓN :La evaporación es el principal proceso mediante el cual, el agua cambia de
estado líquido a gaseoso.Diversos estudios han demostrado que los océanos, mares, lagos y ríos proveen alrededor del 90% de humedad a la atmósfera vía evaporación; el restante 10% proviene de la transpiración de las plantas. El calor (energía) es necesario para que ocurra la evaporación.
Una vez evaporada, una molécula de agua permanece alrededor de diez días en el aire.
TRANSPIRACIÓN :La transpiración es el proceso por el cual el agua es llevada desde las raíces hasta
pequeños poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se
transforma en vapor de agua y se libera a la atmósfera. Durante la estación de crecimiento, una hoja transpirará una cantidad de agua mucho mayor a su propio peso
Fuente de agua
Volumen de agua, en metros cúbicos
Porcentaje de agua dulce
Océanos, Mares y Bahías
1,338,000,000 --
Capas de hielo, Glaciares y Nieves Perpetuas
24,064,000 68.7
Agua subterránea 23,400,000 --
Dulce 10,530,000 30.1
Salada 12,870,000 --
Humedad del suelo 16,500 0.05
Hielo en el suelo y gelisuelo (permafrost)
300,000 0.86
Lagos 176,400 --
Dulce 91,000 0.26
Salada 85,400 --
Atmósfera 12,900 0.04
Agua de pantano 11,470 0.03
Ríos 2,120 0.006
Agua biológica 1,120 0.003
Total 1,386,000,000 -
Los cambios en el ciclo o la circulación pueden traer grandes cambios
clímaticos:
la temperatura global promedio aumenta, también lo hará el nivel del mar
(Miami y Nueva Orleans.
Algunos científicos creen que el aumento de la frecuencia y severidad de los
eventos de El Niño en las décadas recientes, se debe a la aceleración del
ciclo hidrológico, inducido por el calentamiento global.
De manera más inmediata, cada vez se hace más evidente el límite de los
recursos de agua dulce de la Tierra. El agua del suelo terrestre puede tomar
miles o millones de años para recargarse naturalmente y estamos usando estos recursos mucho más rápido de lo que están siendo recargados.
Las aguas de la superficie alrededor del mundo están contaminadas en gran
medida por deshechos humanos y animales, sobre todo en países como India y China.
El ciclo ha sido alterado por la acción del hombre al talar los bosques, lo que provoca
que el agua se precipite rápidamente al mar, haciendo que los ríos se desborden y luego se sequen, que la tierra fértil sea arrastrada y aumente la erosión, que la capa acuífera desaparezca y, por lo tanto, que el agua no se aproveche.
Las actividades industriales y el transporte emiten grandes cantidades de gases que generan el efecto invernadero en la atmósfera
Solamente la conservación de la naturaleza y el uso racional de sus
recursos puede ayudarnos a conservar el equilibrio.
El tema del ciclo del agua conduce a un planteamiento matemáticoel balance hidrológico, que es la contabilidad cuantitativa del ciclo hidrológico.
La ecuación para el balance hidrológico, que es la conservación en un sistema hidrológico acotado o promedio, es:
- P = Precipitación, mm /día.
- R = Escorrentía.
- E = Evaporación.
- ∆S = Cambio en el nivel de humedad del suelo.
- ∆G = Cambio en el nivel de agua subterránea.
La ecuación supone que no hay “flujo” entre cuencas. Así como esto es correcto para agua superficial, no siempre es posible verificar que hay flujo cero en las
regiones del subsuelo entre contornos de las cuencas. Si esta ecuación se promedia a lo largo del ciclo hidrológico (en los climas puede no haber cambios significativos en ∆S o ∆G). Así que:
✪El balance hídrico se establece normalmente para un año año hidrológico
✜ La aplicación de la fórmula lleva a una estimación, no a un cálculo
definitivo; ya que por los diferentes tipos de clima, no en todos los lugares
precipitará en la misma fecha ni en la misma cantidad, tampoco la
evaporación será la misma; también dependerá del tipo de suelo y de
paisaje, de la altitud, etc
El archipiélago está situado frente a la costa noroeste de África. Son islas de origen volcánico próximas al trópico de Cáncer.
Precipitaciones medias:
Islas orientales: 100 – 300 mm.
Islas occidentales: 400 – 800 mm.
Agua en Canarias. el ciclo hidrológico se inicia cuando el vapor de agua existente en las nubes se condensaprovocando una precipitación .
Alguna se evapora antes de llegar a la superficie.
Otra llega a la superficie, puede almacenarse (evaporarse), o crear escorrentías superficiales (desembocado en el mar ) y subterráneas (creando acuíferos o evotranspiración.)
La variación de los porcentajes de Infiltración de una isla a otra va a depender fundamentalmente de su morfología, vegetación, geología e hidrología superficial.
Situada en la zona central del archipiélago, tiene forma redondeada de unos 50km de diámetro, una altura de 1949m y una superficie de 1554km2. El origen volcánico de la isla aumenta el problema de la obtención y el almacenamiento del agua, superficial o subterránea.
Para poder plantear el Balance Hidrológico en Gran Canaria debemos de tener en cuenta las distintas partes que están implicadas en la determinación de ellas:
Para calcular las Precipitaciones, debemos de tener en cuenta el reparto espacial de la lluvia y la duración e intensidad de la precipitación.
Plano de Isoyetas, en el que observamos un aumento con la altura, siguiendo un eje de orientación NO-SE.
Representación de la variación de la precipitación en el
periodo 1994-1951
La evapotranspiración se mide mediante Lisímetros:
También se puede obtener mediante el cálculo diario: Ecuación de
Hargreaves :
Evotranspiración en mm/día
* = Temperatura media diaria en ºC
* = Radiación solar en mm/día Tabulada
* = Temperatura diaria máxima
* = Temperatura diaria mínima
Comparando los valores de precipitación mensuales con los de evapotranspiración, se observa en la siguiente grafica, que desde marzo hasta octubre, la evapotranspiración es mayor que la precipitación, mientras que en noviembre, diciembre, enero y febrero ocurre lo contrario.
El método para calcular la Infiltración seria: Horton
Tasa de infiltración inicial.
= Tasa de infiltración en cualquier momento.
= Tasa de infiltración final.
K = Constante empírica..
t = tiempo
El 16% de las precipitaciones caídas
sobre la isla forma escorrentía superficial
y el 19% restante se infiltra. Estos datos
expresados como un porcentaje del
valor medio anual de la precipitación,
son datos simplemente indicativos, dado
el régimen variable de las
precipitaciones.
En Gran Canaria las entradas y salidas de
agua se resumen a:
Entradas de agua: Precipitaciones (P): Incluyen las precipitaciones ocultas como son, rocío, lluvia horizontal, escarcha, etc.
Salidas de agua: Evapotranspiración y evaporación (ET). Infiltraciones (I)
Escorrentía (E)
El balance quedaría:P = ET + I + E
Sustituyendo los correspondientes datos de la Isla de Gran Canaria, aportados por el balance hidráulico anual que esponemos mas adelante, tenemos que :
P – ET – I – E = 0 466 – 304 – 75 – 87 = 0
El Ciclo Integral del Agua es la expresión que define el recorrido
hecho por el agua desde su captación en estado bruto en la
Naturaleza hasta su disponibilidad potabilizada en nuestros
hogares y, cerrándolo en sentido inverso, el que realiza para
reintegrarse convenientemente depurada a la Naturaleza.
El agua se capta de distintos medios naturales, como queda explicado en el diagrama siguiente:
PARTES DEL CICLO:
✪ 1 CAPTACIÓN DE AGUA
✪ 1 ESTACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
✪ 1 DESALACIÓN
✪ 1 DISTRIBUCIÓN Y CONSUMO DEL AGUA
✪ 1 ALCANTARILLADO
✪ 1 DEPURACIÓN
✪ 1 REUTILIZACIÓN
La captación del agua en la naturaleza para su uso procede casi en su
totalidad de las aguas superficiales (embalses y ríos), las aguas subterráneas
(pozos y manantiales) y el agua del mar y salobre. Esta captación se realiza
mediante sistemas de bombeo que controlan la cantidad de agua que se
suministra a la planta.
Instalaciones que convierten el agua natural o bruta en agua potable. Están localizadas entre las instalaciones de captación de agua (embalses y pozos) y los depósitos y canalizaciones que la distribuirán por los hogares. Tienen como misión la eliminación de tres tipos principales de sustancias indeseables en el agua destinada al consumo humano:
Materia mineral. Materiales orgánicosContaminantes biológicos
Pero también debe cumplir otra exigencia: ausencia de sabores, olores, colores o turbiedades desagradables, -propiedades organolépticas- (Real Decreto 1138/90 de 14 de Septiembre)
ETAPAS DEL PROCESO:
Preoxidación. Coagulación y floculación.Decantación.Filtrado sobre arena
NeutralizaciónDesinfección final
La desalación es el proceso de obtención de agua dulce a partir de agua de
mar o salobre. Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales
destinadas a la desalación.
Destilación en múltiple efecto
con cambio de fase
Compresión de vapor.
Tipos de procesos
Electrodiálisis
sin cambio de faseÓsmosis inversa
(MED)
Compresión de vapor.
Ósmosis inversa:
Electrodiálisis:
Estamos alcanzando el límite de extraer agua dulce de la superficie terrestre y el consumo no deja de aumentar. Sin embargo, una gran amenaza la constituye el efecto que el cambio climático tendrá sobre el ciclo hidrológico y la disponibilidad de agua dulce.
Para asegurar nuestras necesidades básicas necesitamos de 20 a 50 litros de agua potable, libre de contaminantes, por día. Un recién nacido en un país desarrollado consume una cantidad de agua 30 a 50 veces mayor que la de un recién nacido en un país en desarrollo.
La red de alcantarillado tiene la misión de recoger las aguas residuales de las
zonas habitadas y conducirlas a un cierto punto para su evacuación, en
muchas ocasiones, los líquidos residuales deberán someterse a un
tratamiento más o menos intenso antes de su vertido a un curso de agua o
habrán de descargarse debidamente, de modo que no puedan ser causa
de peligro para la salud pública u ocasionar perjuicios.
Procesa y recicla el agua antes de retornarla al medio natural receptor, lo que contribuye notablemente a la preservación de los recursos naturales.
Las EDAR permiten eliminar las contaminaciones físico-químicas y biológicas. Las aguas residuales pueden tener diferentes composiciones, según la calidad del agua de abasto de la cual se parte y según uso anterior.
FASES :
Pretratamiento
Tratamiento primario
Tratamiento secundario
Tratamiento terciario
El pretratamiento elimina los constituyentes de las aguas residuales cuya
presencia puede provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento
de procesos, operaciones y equipos auxiliares:
Con este tratamiento conseguimos: La reducción de los sólidos en suspensión (S.S.) o materia
en suspensión (M.E.S.), que no han sido retenidos en el
pretratamiento.
La oxigenación de los fangos concentrados para evitar los
malos olores producidos normalmente por condiciones de
anaerobiosis.
La eliminación de espumas y elementos flotantes.
El objetivo fundamental de este tratamiento es la eliminación de la
materia orgánica biodegradable.
Los procesos biológicos de aplicación más común son:
Proceso de fangos activados
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Biodiscos
Estanques de estabilización
Los tratamientos terciarios se utilizan para eliminar o disminuir la presencia de
algún componente no suficientemente eliminado con los tratamientos
primario y secundario. Los principales tratamientos terciarios son los que, por
varios sistemas, disminuyen:
El contenido de nitrógeno de las aguas.
El contenido de fósforo.
Los sólidos en suspensión (coagulación química y filtración)
La materia orgánica y metales (adsorción con carbono activo).
Las sales disueltas sin cambio de estado (ósmosis inversa y electrodiálisis)
La reutilización de las aguas depuradas constituye un elemento estratégico en el desarrollo de la economía canaria, asentada fundamentalmente en la agricultura de exportación y el turismo, al permitir un incremento sustancial de los recursos hidráulicos disponibles.
El agua depurada puede utilizarse en agricultura, riego de parques
y jardines, campos de golf, industrias, etc.
