CICLO HIDROLGICO

I. DEFINICINEs la sucesin de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmsfera a la tierra y volver a la atmsfera: evaporacin desde el suelo, mar o aguas continentales, condensacin de nubes, precipitacin, acumulacin en el suelo, escurrimiento y nuevamente la evaporacin.El ciclo hidrolgico involucra un proceso de transporte recirculatorio e indefinido o permanente, este movimiento permanente del ciclo se debe a dos causas: 1. El sol proporciona la energa para elevar el agua (evaporacin).2. La gravedad terrestre, que hace que el agua condensada descienda (precipitacin y escurrimiento).II. SISTEMAS Y MODELOS2.1 EL SISTEMA HIDROLGICOEl ciclo hidrolgico puede representarse como un sistema cuyos componentes principales son la precipitacin, la evaporacin y el escurrimiento. Para su anlisis puede dividirse en subsistemas, estudiarlos por separado y combinar luego los resultados de acuerdo a las interacciones entre ellos.En el siguiente grfico se muestra el sistema hidrolgico global por medio de un diagrama de bloques.

CICLO HIDRLGICO GLOBAL

2.1.1. Precipitacin

Se denomina precipitacin, a toda agua meterica que cae en la superficie de la tierra, tanto en forma lquida (llovizna, lluvia, etc.) y slida (nieve, granizo, etc.) y las precipitaciones ocultas (roco, la helada blanca, etc.). Ellas son provocadas por un cambio de la temperatura o de la presin. La precipitacin constituye la .nica entrada principal al sistema hidrolgico continental.La precipitacin puede ser de tres formas: Precipitacin frontal o ciclnica: se produce cuando hay encuentro de nubes de diferentes temperaturas, las ms calientes son impulsadas a las partes ms altas donde se precipitan. Precipitacin orogrfica: resulta del ascenso del aire clido hacia una cadena montaosa. Precipitacin convectiva: causada por el ascenso del aire clido ms liviano que el aire fro de los alrededores.

2.1.2. EvaporacinSe define como el proceso mediante el cual se convierte el agua lquida en un estado gaseoso. La evaporacin puede ocurrir solamente cuando el agua est disponible. Tambin se requiere que la humedad de la atmsfera ser menor que la superficie de evaporacin (a 100% de humedad relativa no hay evaporacin ms).El proceso de evaporacin requiere grandes cantidades de energa. Por ejemplo, la evaporacin de un gramo de agua a una temperatura de 100 Celsius requiere 540 caloras de energa de calor (600 caloras a 0 C).

2.1.3. CondensacinEl cambio en el estado de la materia de vapor a lquido que se produce con el enfriamiento. Normalmente se utiliza en meteorologa cuando se habla de la formacin de agua lquida en vapor. Este proceso libera energa de calor latente para el medio ambiente

2.1.4. TranspiracinEs la evaporacin a travs de las hojas. El proceso fisiolgico de alimentacin de las plantas se efecta mediante el paso de ciertas cantidades de agua, portadoras de los alimentos, por el interior de ellas y ese trfico solamente es posible gracias a la transpiracin.

2.1.5. IntercepcinEs la parte de la precipitacin que es interceptada por objetos superficiales como la cubierta vegetal o los tejados, en general, parte de esta agua interceptada nunca alcanza al suelo porque se adhiere y humedece estos objetos y se evapora.

2.1.6. Escorrenta superficialEs la porcin de lluvia que no es infiltrada, interceptada o evaporada y que fluye sobre las laderas. En realidad la escorrenta superficial, la infiltracin y la humedad del suelo son interactivas entre s, por tal motivo se debe tener cuidado en seleccionar el modelo adecuado para cada caso.

2.2 MODELOS DEL CICLO HIDROLGICO2.2.1. Modelo determinsticoEs un modelo matemtico donde las mismas entradas producen ls mismas salida, no contemplndose la existencia del azar ni el principio de incertidumbre. Est estrechamente relacionado con la creacin de entornos simulados a travs de simuladores para el estudio de situaciones hipotticas, o para crear sistemas de gestin que permitan disminuir la incertidumbre.La inclusin de mayor complejidad en las relaciones con una cantidad mayor de variables y elementos ajenos al modelo determinstico har posible que ste se aproxime a un modelo probabilstico o de enfoque estocstico.2.2.2. Modelo estocsticoUn modelo es estocstico cuando al menos una variable del mismo es tomada como un dato al azar y las relaciones entre variables se toman por medio de funciones probabilsticas. Sirven por lo general para realizar grandes series de muestreos, quitan mucho tiempo en el computador son muy utilizados en investigaciones cientficas.Para lograr modelar correctamente un proceso estocstico es necesario comprender numerosos conceptos de probabilidad y estadstica.

III. HIDROGRAMAS DE CAUDALEn el siguiente ejercicio se graficar un hidrograma y un hietograma de un caudal dado.EJERCICIOCalcule la cantidad de agua almacenada en una cuenca como funcin del tiempo, dada la informacin de las columnas 3 y 4 de la tabla para precipitacin incremental en la cuenca y en el caudal medio a su salida. Esta informacin es adaptada de una creciente del riachuelo Shoal Creek en Northwest Park, Austin, Texas, los das 24 y 25 de mayo de 1981. El rea de la cuenca es 7.03 . Suponga que el valor del almacenamiento inicial es cero.

Exceso de lluvia = lluvia observada - Abstracciones (0.27 pulg c/media hora)Escorrenta directa =Caudal Observado- Flujo Base (400 cfs)

COLUMNA1TIEMPO2I/LLUVIA(pulg)3CAUDAL(cfs)4TIEMPO(1/2hr)5HIETOGRAMA(ERH) (pulg)6HIDROGRAMA(DRH) (cfs)

24 mayo8:30am203

9:000.15246

9:300.26283

10:001.3382811.06428

10:302.20232321.931923

11:002.08569731.815297

11:300.20953149131

25 mayo12:000.0911025510625

12:30823467834

1:00432173921

1:30224681824

2:00108291402

2:30123010830

3:0071311313

3:30394

4:00354

4:303034.843550

Para el clculo del hietograma de precipitacin efectiva y el hidrograma de escorrenta directa usa el siguiente procedimiento:1. Calculo del Flujo Base (400cfs)2. Clculo de escorrenta directa (DRH). Columna GSe calcula utilizando la resta del flujo base del caudal observado (columna3) y se marcan.3. Luego se marcan 11 intervalos de tiempo de hora en la columna 4.4. Clculo del volumen y escorrenta directa. = = 7.839 * 5. Tambin sabemos que: = * = 4.8 pulg6. Estimacin de la tasa de lluvia que se origina por infiltracin y almacenamiento superficial de la cuenca. La tasa de abstraccin y el M el n de pulsos 0 de escorrenta en exceso se encuentran por mtodo de ensayo y de error.Si M = 1, se selecciona el mayor pulso de precipitacin. = 2.20 pulg y se sustituye a la ecuacin = 4.8= ) = -5.2pulg/hrSi M = 24.8= ) = -0.52pulg/hrSi M=34.8= ) = 0.54pulg/hrEste valor = 0.54 pulg/hr es satisfactorio = 0.27 pulg, el cual es mayor que todos los pulsos de precipitacin de la columna 2 por fuera de los 3 que supuestamente contribuyen a la escorrenta directa.7. El clculo el hietograma de exceso de precipitacin se calcula sustrayendo de las ordenadas del hidrograma de precipitacin observada en la columna 2.