MARCO TEÓRICO

EL CICLO HIDROLOGICO Se denomina Ciclo Hidrológico al movimiento general del

agua, ascendente por Evaporación y descendente primero por las precipitaciones y

después en forma de escorrentía superficial y subterránea. El ciclo hidrológico, se

considera el concepto fundamental de la hidrología. De las muchas representaciones que

se pueden hacer de él, la más ilustrativa es quizás la descriptiva .

Como todo ciclo, el hidrológico no tiene ni principio ni fin; y su descripción 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 radiación solar y el viento. El vapor de

agua, que así se forma, se eleva y se transporta por la atmósfera en forma de nubes

hasta que se condensa y cae hacia la tierra en forma de precipitación. 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 precipitación que llega a las corrientes, una parte se infiltra y otra llega hasta los

océanos 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,

hacia la atmósfera y otra parte fluye bajo la superficie de la tierra hacia las corrientes, el

mar u otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del suelo para ser

almacenada como agua subterránea y después aflorar en manantiales, ríos o el mar.

CUENCAS

Conceptos generales

Área de la superficie terrestre drenada por un único sistema fluvial. Sus límites están

formados por las divisorias de aguas que la separan de zonas adyacentes pertenecientes

a otras cuencas fluviales. Las cuencas pueden considerarse como sistemas abiertos en

los que es posible estudiar los procesos hidrológicos; se llama sistema abierto al conjunto

de elementos y alteraciones interrelacionadas que intercambian energía y materia con las

zonas circundantes. Por este motivo, la cuenca representa la unidad fundamental

empleada en hidrología, la ciencia que se ocupa del estudio de las diferentes aguas en el

medio ambiente natural.

CUENCA HIDROGRÁFICA:

Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado.

Las cuencas hidrográficas son unidades morfo gráficas superficiales. Sus límites quedan

establecidos por la divisoria geográfica principal de las aguas de las precipitaciones;

también conocido como "parte aguas". 74 EL PARTE AGUAS: Teóricamente, es una línea

imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativa entre dos laderas

adyacentes pero de exposición opuesta; desde la parte más alta de la cuenca hasta su

punto de emisión, en la zona hipsométricamente más baja.

CUENCA HIDROLÓGICA:

La definición de cuenca hidrológica es más integral que la de cuenca hidrográfica. Las

cuencas hidrológicas son unidades morfológicas integrales y además de incluir todo el

concepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido, toda la estructura

hidrogeológica subterránea del acuífero como un todo.

Patrones de drenaje

Las corrientes fluviales tienden a formar cinco tipos diferentes de drenaje: dendrítico,

rectangular, radial, centrípeto y en espaldera. Esta tipología resultante es fruto de la clase

de suelo existente en el área de drenaje y de la erosión del mismo por la acción de los

cursos fluviales. Así, el modelo dendrítico, caracterizado por la ramificación, se forma en

áreas con rocas sedimentarias planas, mientras que las regiones con cumbres elevadas,

como las volcánicas, tienen un drenaje de tipo radial. En ocasiones, el agua fluye hacia un

valle profundo a causa del drenaje de tipo centrípeto, dando lugar a un lago, o erosiona

zonas localizadas entre crestas y cordones montañosos, lo que origina valles

encajonados, como sucede cuando el drenaje es en espaldera. Dichos patrones de

drenaje antes mencionados se muestran con mayor detalle en la siguiente figura

INFILTRACION

La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno

hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una

zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a

formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacíos.

La diferencia entre el volumen de agua que llueve en una cuenca y el que escurre por

su salida recibe el nombre genérico de pérdidas. En general, las pérdidas están

constituidas

por la intercepción en el follaje de las plantas y en los techos de las construcciones, la

retención en depresiones o charcos (que posteriormente se evapora o se infiltra), la

evaporación y la infiltración. Además de que en la práctica es difícil separar estos cuatro

componentes, la porción más considerable de las pérdidas está dada por la infiltración,

por loque es costumbre calcularlas conjuntamente bajo este nombre.

Capacidad de infiltración

Se denomina capacidad de infiltración a la cantidad máxima de agua que puede

absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el tiempo en

función de la humedad del suelo, el material que conforma al suelo, y la mayor o menor

compactación que tiene el mismo.

Factores que afectan la capacidad de infiltración:

Entrada superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la

acumulación de partículas que impidan, o retrasen la entrada de

agua al suelo.

Transmisión a través del suelo: El agua no puede continuar entrando en

el suelo con mayor rapidez que la de su transmisión hacia abajo,

dependiendo de los distintos estratos.

PRECIPITACIÓN

Precipitación es cualquier agua meteórica recogida sobre la superficie terrestre. Esto incluye

básicamente: lluvia, nieve y granizo. (También rocío y escarcha que en algunas regiones

constituyen una parte pequeña pero apreciable de la precipitación total).

Formación de las precipitaciones

La formación de la precipitación impone la existencia de condensación dentro de la atmósfera

debida al enfriamiento de ella. Esta condensación se facilita por la presencia en la atmósfera de

partículas o moléculas, denominadas núcleos de condensación, entre los que destacan el polvo, las

moléculas de cloruro sódico así como productos de la combustión del azufre y compuestos

nitrosos.

En relación a su origen, pueden distinguirse los siguientes tipos:

Las Ciclónicas: Son las provocadas por los frentes asociados a una borrasca o ciclón. La

mayor parte del volumen de precipitación recogido en una cuenca se debe a este tipo de

precipitaciones.

Las de Convección: Se producen por el ascenso de bolsas de aire caliente; son las

tormentas de verano.

Las Orográficas: Se presentan cuando masas de aire húmedo son obligadas a ascender al

encontrar una barrera montañosa.

ESCORRENTIA SUPERFICIAL

El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la

superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la

cuenca. Las aguas que logran mantenerse en movimiento sobre la superficie se convierten

entonces en aguas de escorrentía. El agua de escorrentía crea sistemas de desagüe o de drenaje;

Dichos sistemas son un mecanismo de convergencia, donde los ríos más pequeños desembocan en

ríos cada vez más grandes.

BALANCE HIDRICO CONCEPTO

Un balance hídrico es la cuantificación tanto de los parámetros involucrados en el ciclo

hidrológico, como de los consumos de agua de los diferentes sectores de usuarios, en un área

determinada, cuenca, y la interrelación entre ellos, dando como resultado un diagnóstico de las

condiciones reales del recurso hídrico en cuanto a su oferta, disponibilidad y demanda en dicha

área. Dado que el Balance Hídrico presenta un diagnóstico de las condiciones reales del recurso

hídrico en un área en particular, permite tomar medidas y establecer lineamientos y estrategias

para su protección y utilización de una manera integrada, de tal forma que se garantice su

disponibilidad tanto en cantidad como en calidad.

La evaluación de los recursos hídricos de unacuenca requiere de una

estimación correcta del

balance hidrológico, es decir, comprender el cicloen sus diferentes fases, la

forma en que el agua que se recibe por precipitación se reparte como parte del

proceso de evapotranspiración, escorrentía

e infiltración. La información del balance hídrico de la cuenca que se presenta

en esta sección corresponde a los resultados obtenidos del estudio

elaboradopor PLADEYRA, S.c. (2003).

En general, se puede afirmar que del agua que cae en un determinado sitio

(precipitación = P),

una parte vuelve a la atmósfera, ya sea por evaporación directa o por

transpiración de la vegetación

(evapotranspiración = ETR); otra parte escurre por la superficie (escorrentía

superficial = ES) confluyendo a través de la red de drenaje hasta alcanzar los

cauces principales y finalmente el mar, y el resto se infiltra en el terreno y se

incorpora al sistema de aguas subterráneas o acuífero (infiltración = I).

Antecedentes

Historia

La hidrología ha sido objeto de investigación e ingeniería desde hace milenios. Por

ejemplo, sobre el año 4000 a.C. el Nilo fue represado para mejorar la productividad

agrícola de las tierras, que antes eran estériles. Las ciudades de Mesopotamia fueron

protegidas de los desbordamientos con altas paredes de tierra. Los acueductos fueron

construidos por los antiguos griegos y romanos, mientras que en China se construyeron

obras para controlar las inundaciones y la irrigación. Los cingaleses usaron la hidrología

para construir las complejas obras de irrigación de Sri Lanka, e inventaron válvulas que

permitieron la construcción de grandes embalses, presas y canales que todavía

funcionan.

La idea del ciclo hidrológico q hoy nos parece ser tan comprendida por filosofa y

científicos, cayendo que el ciclo se realiza al revés: el agua penetraba en la corteza desde

el fondo de los océanos, se almacena en la profundidad, probablemente en grandes

cavernas, y ascendía después por el calor de la tierra hasta las partes altas de la

montaña, surgiendo en las zonas de nacimiento de los ríos. No creían posible que el

caudal de un gran rio fuera producido exclusivamente por las lluvias y les maravillaba la

existencia de manantiales en lugares topográficamente elevados y con caudales

relativamente constante tales. Platón .Aristóteles hasta Kepler (1571-1630) y descartes

(“principios de la filosofía “. 1644) no se limitaban con esbozar la idea de la col al revés.

Sino que dedicaban largos textos a pormenoriza las diversas etapas del proceso lo cual

es más complicado era la perdida de la sal marina, pero para ello invocaban procesos

similares a la destilación.

También hubo excepciones. Como el arquitecto romano Vitrubio o Leonardo da vicio que

hablaron del ciclo tal como es.

Marcus Vitruvius, en el siglo I d.C., describió una teoría filosófica del ciclo hidrológico, en

la cual se decía que la precipitación que cae en las montañas se infiltra en la superficie de

la tierra y provoca corrientes y brotes en las tierras bajas. Con la adopción de un

acercamiento más científico, Leonardo da Vinci y Bernard Palissy alcanzaron de forma

independiente una representación exacta del ciclo hidrológico. Hasta el siglo XVII no

empezaron a cuantificarse las variables hidrológicas.

La hidrología moderna nace con las experiencias de peral, Marriot y Halley. Fueron los

primeros hidrólogos empíricos que basaron sus ideas en medidas no en la especulación.

Los pioneros de la ciencia moderna de la hidrología fueron Pierre Perrault, Edme Mariotte

y Edmund Halley. Midiendo la precipitación, la escorrentía y el área de drenaje, Perrault

demostró que la precipitación era suficiente para explicar el flujo del Sena. Marriotte

combinó la velocidad y las medidas de corte transversal del río para obtener la descarga,

de nuevo en el Sena. Halley demostró que la evaporación del Mar Mediterráneo era

suficiente para explicar la efusión de los ríos que fluyen al mar.

Los avances durante el siglo XVIII incluyeron el piezómetro de Bernoulli y la ecuación de

Bernoulli (obtenidos por Daniel Bernoulli), así como el tubo de Pitot. En el siglo XIX se

desarrolló la hidrología de agua subterránea, con la ley de Darcy, la fórmula de Dupuit-

Thiem y la ecuación del flujo capilar de Hagen-Poiseuille.

Los análisis racionales comenzaron a sustituir al empirismo en el siglo XX, mientras que

las agencias gubernamentales comenzaban sus propios programas de investigación

hidrológicos. De particular importancia fue la unidad hidrográfica de Leroy Sherman, la

teoría de la infiltración de Robert E. Horton y la prueba/ecuación de los acuíferos de C.V.

Theis.

Desde los años 1950, el estudio de la hidrología ha tenido una base más teórica que en el

pasado, gracias a los avances en el entendimiento físico de los procesos hidrológicos y

por el uso de ordenadores y sistemas de información, sobre todo geográficos.

En 1674 Pierre peral publica “del origine de contamines “. Había medido las

precipitaciones la cuenca alta del Sena y los aforos del rio. Marriot, contemporáneo de

peral, repitió estos experimentos en un punto distinto de la cuenca del Sena. Estudiando

además la filtración profunda del agua y comprobando que el caudal de ciertos

manantiales varía de acuerdo con la oscilación de las precipitaciones.

Faltaba por cuantificar la otra mitad del ciclo: cómo era posible de que el cielo cayera

tanta agua.

El astrónomo Halley (1656-1742) se interesó por el fenómeno de la evaporación por que

se empeñara las lentes de sus telescopios. Realizo medidas y cálculos concluyendo que

el volumen de agua evaporado un día de verano del mediterráneo era superior al volumen

de agua que recibe de todos los ríos que llegan a el.

El comienzo de la hidrología subterránea como ciencia es mucho más moderno. La

primera ecuación que explica el flujo a través de un medio poroso (ley de Dary) data de

1857, y la ecuación fundamental que cuantifica el comportamiento de las aguas

subterráneas ante los bombeos es de 1935 (thais). La relación entre las formaciones

geológicas y las aguas subterráneas no adquirió cierta madurez hasta precios del siglos

(hay que destacar a Maznar. del servicio geológico norteamericano)

Predicción hidrológica

Las observaciones de los procesos hidrológicos se usan para hacer predicciones sobre el

futuro comportamiento de los sistemas hidrológicos (flujo de agua y calidad del agua).

Uno de los principales intereses actuales en la investigación hidrológica es la Predicción

en Cuencas No calibradas (BAR), es decir, en cuencas donde existen muy pocos datos o

ninguno.

Hidrología estadística

Analizando las propiedades estadísticas de los archivos hidrológicos, como la

precipitación o el flujo de un río, los hidrólogos pueden estimar los futuros fenómenos

hidrológicos. Esto, sin embargo, asume que las características de los procesos

permanecen sin alterar.

Estas estimaciones son importantes para ingenieros y economistas, de modo que pueda

hacerse un análisis de riesgo apropiado para influir en las decisiones sobre inversión en la

futura infraestructura y determinar las características de fiabilidad de la producción de

sistemas de abastecimiento de agua. La información estadística se utiliza para formular

reglas de operaciones para presas grandes que forman parte de sistemas que incluyen

demandas agrícolas, industriales y residenciales.

Modelos hidrológicos

Los modelos hidrológicos son representaciones conceptuales simplificadas de una parte

del ciclo hidrológico. Se usan principalmente para la predicción hidrológica y para

entender los procesos hidrológicos. Hay dos tipos principales de modelos hidrológicos:

* Modelos basados en datos. Estos modelos son sistemas de caja negra, que usan

conceptos matemáticos y estadísticos para asociar una determinada entrada (por

ejemplo, precipitación) con un modelo de salida (por ejemplo, escorrentía). Las técnicas

que suelen usarse son la regresión, funciones de transferencia, redes neurales e

identificación de sistema. Estos modelos son conocidos como modelos de hidrología

estocásticos.

* Modelos basados en descripciones del proceso. Estos modelos tratan de representar los

procesos físicos observados en el mundo real. Contienen representaciones de escorrentía

superficial, flujo subsuperficial, evapotranspiración y flujo de canal, pero pueden ser

mucho más complicados. Estos modelos son conocidos como modelos hidrológicos

deterministas. Pueden subdividirse en modelos de un solo evento y modelos de

simulación continua.

La investigación reciente sobre modelos hidrológicos trata de tener un acercamiento más

global para entender el comportamiento de los sistemas hidrológicos, de manera que se

puedan obtener mejores predicciones y afrontar los principales desafíos en la

administración de los recursos de agua.

Transporte hidrológico

El movimiento del agua es un medio significativo por el cual otros materiales, como el

suelo o los contaminantes, son transportados de un lugar a otro. Desde los años 60, se

han desarrollado modelos matemáticos bastante complejos, facilitados por la

disponibilidad de ordenadores de alta velocidad. Las clases de contaminantes más

comunes que se analizan son nutrientes, pesticidas, y sólidos y sedimentos disueltos.

Referencias bibliográficas

http://www.gwp.org/Global/GWP-SAm_Files/Publicaciones/Varios/Ciclo_Hidrologico.pdf

http://www2.inecc.gob.mx/emapas/download/lch_ciclo_hidrologico.pdf

http://www.univo.edu.sv:8081/tesis/019925/019925_Cap3.pdf

http://www.ciclohidrologico.com/hidrologa

http://hidrologia.usal.es/Complementos/historia.pdf

http://www.infoiarna.org.gt/guateagua/subtemas/3/1_El_ciclo_hidrologico.pdf

http://www.fagro.edu.uy/~hidrologia/paisajismo/Ciclo%20Hidrologico2013.pdf