Hidrología Superficial°-,_ CLIMATOLOGÍA_,-°

¿ Qué es el agua?• El agua (del latín aqua) es una sustancia

cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en forma sólida (hielo), y en forma gaseosa que llamamos vapor.

¿ Dónde está el agua?• En nuestro planeta, se

localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares tiene el 1,74%, los depósitos subterráneos en (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos

HIDROLOGÍA SUPERFICIAL

• Se denomina hidrología (del griego Yδωρ (hidro): agua, y Λoγos (logos): estudio) a la ciencia geográfica que se dedica al estudio de la distribución, espacial y temporal, y las propiedades del agua presente en la atmósfera y en la corteza terrestre. Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el equilibrio de las masas glaciares.

CUENCA HIDROLÓGICA

• Una cuenca hidrológica constituye la principal unidad territorial donde el agua es captada y almacenada. Se define como el área de la superficie terrestre por donde el agua de lluvia escurre y transita o drena a través de una red de corrientes que fluyen hacia una corriente principal y por ésta hacia un punto común de salida, que puede ser un lago, una presa o el mar.

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LA CUENCA

Las partes de una cuenca son:• Cuenca alta Corresponde a la zona donde nace el río, el

cual se desplaza por una gran pendiente• Cuenca media Es la parte de la cuenca en la cual hay un

equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

• Cuenca baja Es la parte de la cuenca en la cual el material

extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

Tipos de cuenca• Existen tres tipos de cuencas:

• Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica.

• Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación salida fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia.

• Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta central patagónica pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia.

Qué función tiene una cuenca?• a) Función Hidrológica

Captación de agua de las diferentes fuentes de precipitación para formar el escurrimiento de manantiales, ríos y arroyos.

•Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos de duración.

Descarga del agua como escurrimiento.

• b) Función Ecológica

• Provee diversidad de sitios y rutas a lo largo de la cual se llevan a cabo interacciones entre las características de calidad física y química del agua.

• Provee de hábitat para la flora y fauna que constituyen los elementos biológicos del ecosistema y tienen interacciones entre las características físicas y biológicas del agua.

• c) Función ambiental

Constituye sumideros de CO2.

Alberga bancos de germoplasma.

Regula la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos.

Conserva la biodiversidad.

Mantiene la integridad y la diversidad de los suelos.

PARTEAGUAS• La divisoria de aguas o divortium

aquarum es una línea que delimita la cuenca hidrográfica. Una divisoria de aguas marca el límite entre una cuenca hidrográficas y las cuencas vecinas. El agua precipitada a cada lado de la divisoria desemboca generalmente en ríos distintos. También llamado Divortium aquarum.Otro término utilizado para esta línea se denomina parteaguas.

• El divortium aquarum o línea divisoria de vertientes, es la línea que separa a dos o más cuencas vecinas. Es la divisoria de aguas, utilizada como límite entre dos espacios geográficos o cuencas hidrográficas.

LAS CORRIENTES Dependiendo del tiempo en

que transportan agua, las corrientes pueden ser perennes o intermitentes.

• Corriente perenne: Transporta agua durante todo el año

• Corriente intermitente: Transporta agua solo durante una fracción del año

• Corriente efímera: transporta agua solo durante una tormenta.

Ciclo hidrológico• El ciclo hidrológico se refiere al movimiento

y circulación natural que el agua tiene en toda la tierra y su atmósfera. Este movimiento se da por medio de distintos fenómenos que hacen circular el agua, subiéndola desde el mar hasta la atmósfera y regresándola por las lluvias hacia la tierra y a los mismos océanos. El ciclo no tiene principio ni fin, pero se puede decir que el concepto de ciclo hidrológico se origina en el agua de los océanos.

• El ciclo hidrológico es un proceso continuo pero irregular en el espacio y en el tiempo. Una gota de lluvia puede recorrer todo el ciclo o una parte de él. Vale destacar que cualquier acción del hombre en una parte del ciclo, alterará el ciclo entero para una determinada región. El hombre actúa introduciendo cambios importantes en el ciclo hidrológico de algunas regiones de manera progresiva al desecar zonas pantanosas, modificar el régimen de los ríos, construir embalses, etc.

• El ciclo hidrológico además de mantener en movimiento el agua, cumple con una función importante, colaborando en mantener la superficie de la Tierra más fría y la atmósfera más caliente.

Procesos en el Ciclo del agua:• Evaporación. El agua se evapora en la superficie

oceánica, sobre el terreno y también por los organismos, en el fenómeno de la transpiración en plantas y sudoración en animales.

• Evapotranspiración.• Condensación. El agua en forma de vapor sube y

se condensa formando las nubes. • Precipitación. Es cuando el agua se convierte en

hielo para después caer en forma de granizo, si esto se junta con el vapor, cuando cae forma un arco iris. La atmósfera pierde agua por condensación (lluvia y rocío) o sublimación inversa (nieve y escarcha) que pasan según el caso al terreno, a la superficie del mar o a la banquisa

• Infiltración. Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y la que circula en superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la pendiente (que la estorba) y de la cobertura vegetal.

• Escorrentía. Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de erosión y transporte.

• Circulación subterránea. Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede considerar una versión.

• Vaporización. Este proceso se produce cuando el agua de la superficie terrestre se evapora y se transforma en nubes.

• Fusión. Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa a estado liquido cuando se produce el deshielo.

• Solidificación. Al disminuir la temperatura en el interior de una nube el gas de agua se congela, precipitándose en forma de nieve o granizo

• Luego se repite desde el primer paso.

PRECIPITACIÓN• En meteorología, la precipitación es

cualquier forma meteorológica u hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Esto incluye lluvia, llovizna, nieve, cinarra, granizo, pero no la virga, neblina ni rocío. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o pluvial.

Medición de la precipitación• Los instrumentos

más frecuentemente utilizados para la medición de la lluvia y el granizo son los pluviómetros y pluviógrafos, estos últimos se utilizan para determinar las precipitaciones pluviales de corta duración y alta intensidad.

Determinación de la precipitación media en una cuenca.

• Las dimensiones de una cuenca hidrográfica son muy variadas, especialmente cuando se trata de estudios que abarcan una área importante, es frecuente que en la misma se sitúen varias estaciones pluviométricas.

• Para determinar la precipitación en la cuenca en un período determinado se utilizan algunos de los procedimientos siguientes: método aritmético, polígonos de Thiessen y método de las isoyetas.

La Media Aritmética (MA) • Consiste en calcular el promedio de los

datos pluviométricos puntuales de estaciones ubicadas en un área geográfica determinada La principal carencia del método es no considerar características anexas que pueden influir en las precipitaciones, como podría ser la presencia de cordones montañosos, cercanía a océanos, condiciones atmosféricas predominantes u otras (Pizarro R, et al. 2003).

• Es el método más simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estación. Pueden incluirse estaciones fuera del dominio, cercanas al borde, si se estima que lo que miden es representativo. El método entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el área de la cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografía es poco variable, de forma de minimizar la variación espacial por esta causa. Este método puede usarse para promedios sobre períodos más largos, en que sabemos que la variabilidad espacial será menor. Si se conocen las lluvias anuales en cada estación, el método puede refinarse ponderando cada estación por su aporte anual (Anonimo. 2009).

Los Polígonos de Thiessen (Th)

• Los Polígonos de Thiessen (también Polígonos de Voronoi o Teselación de Dirichlet) son una construcción geométrica que permite construir una partición del plano euclídeo. Deben su nombre al Alfred H. Thiessen y también fueron estudiados por Georgy Voronoi y Gustav Lejeune Dirichlet.

• Los Polígonos de Thiessen (Th) no presentan mayores complicaciones en su aplicación. Además de la información pluviométrica, requiere para su ejecución sólo de la ubicación espacial de las estaciones.

• No requiere de una inversión excesiva de tiempo, ni de materiales. A cada estación se le asigna una superficie, la cual es obtenida representando las estaciones en un plano y uniéndolas a través de rectas. A estas rectas posteriormente se les trazan sus mediatrices hasta que se intersectan entre sí. Con los límites del área en estudio y los que definen las mediatrices se obtiene la superficie de influencia para cada.

• La principal falencia del método radica en que sólo considera el posicionamiento de las estaciones y una superficie plana de influencia para cada una, sin considerar las diferencias topográficas que se pueden presentar. Además, asume que la precipitación de la estación es la misma de la zona que representa geométricamente, lo cual no siempre es cierto. Sin embargo, al ponderar cada estación por diferentes superficies, hipotéticamente sus resultados deberían ser más precisos que el método MA. Se descartan las estaciones climatológicas que no tienen influencia en la cuenca, apoyándose con los polígonos de Thiessen. Cuando un polígono no tiene influencia en la zona de estudio (polígono con rayado), la estación correspondiente se descarta al igual que las demás estaciones que están fuera de la cuenca (Pizarro R, et al. 2003).

• El dominio estudiado se divide en n subregiones o zonas de influencia en torno a cada estación. La precipitación medida (o calculada) en cada pluviómetro se pondera entonces por la fracción del área total de la cuenca comprendida en cada zona de influencia. Las subregiones se determinan de manera tal que todos los puntos incluidos en esa subregión estén más cercanos al pluviómetro correspondiente que a cualquier otra estación. Una vez delimitadas las n zonas de influencia, y calculadas sus áreas (dentro de la cuenca) ai , se obtiene el promedio espacial según:

Isoyetas (Iso)• Presenta más laboriosidad, tanto en tiempo como en recursos

materiales. Para su ejecución es necesario disponer, además de las mediciones de precipitación en los períodos de interés y de las ubicaciones de los puntos de observación, de las precipitaciones normales de cada estación, del material cartográfico correspondiente y de un conocimiento espacial y atmosférico lo más detallado posible de las áreas consideradas. Al incorporar factores de la zona y de las precipitaciones, debería ser el mejor método, pero a la vez tiene un alto grado de subjetividad dado por la experiencia y acceso a la información que posea el técnico encargado de la construcción de estas curvas (Pizarro R, et al. 2003).

• El método consiste en trazar líneas de igual precipitación llamadas isoyetas a partir de los datos puntuales reportados por las estaciones meteorológicas. Al área entre dos isoyetas sucesivas, se le asigna el valor de precipitación promedio entre tales isoyetas. Conociendo el área encerrada entre pares sucesivos de isoyetas, obtenemos la precipitación regional. El método requiere hacer supuestos en "cimas" y "hoyos". Al trazar las isoyetas para lluvias mensuales o anuales, podemos incorporar los efectos topográficos sobre la distribución espacial de la precipitación, tomando en cuenta factores tales como la altura y la exposición de la estación. También se recomienda este método para calcular promedios espaciales en el caso de eventos individuales localizados (Anonimo. 2009).

Selección de las estaciones pluviométricas • la selección de las estaciones se realizara de

acuerdo a los siguientes criterios:• Mejor ubicación o más diferenciadas para cada

una de las zonas geográficas.• Las que, en conjunto, presenten una mayor

densidad por zona.• Las que presenten mayor número de años con

registros confiables o mensualmente más completos, privilegiando a las que presenten más datos recientes, dado que deberían ser más exactos.

• Un requisito importante en una preselección de estaciones es que éstas tengan un registro de datos de a lo menos 20 años.

Ejemplo: Cuenca del Río Mátape • La Cuenca del Río Mátape, ubicada en la Región

Hidrológica No. 9 al centro del Estado de Sonora, México, cuenta con 11 estaciones climatológicas de las que se tomaron datos de precipitación total anual (mm) del año de 1993.

PROMEDIO ARITMÉTICO

Isoyetas

Trazo de isoyetas

Polígono de Thiessen

Trazo del polígono

Gasto• Hasta ahora, nuestro estudio de los fluidos se ha

registrado a condiciones de reposo, que son considerablemente más sencillas que el estudio de los fluidos en movimiento.

• El flujo aerodinámico es el movimiento de un fluido en el cual cada partícula en el fluido sigue la misma trayectoria (pasa por un punto particular) que siguió la partícula anterior.

• Vamos a considerar, además, que los fluidos son incompresibles y que presentan una fricción interna apreciable. En estas condiciones, se pueden hacer unas predicciones acerca de la velocidad de flujo de fluido a lo largo de una tubería o de otro recipiente.

• El gasto se define como el volumen de fluido que pasa a través de cierta sección transversal en unidad de tiempo.

• En un intervalo de tiempo t, cada partícula en la corriente se mueve a través de un distancia vt. El volumen V que fluye a través de la sección transversal A esta dado por:

• V = Avt

• Por lo tanto, el gasto (volumen por unidad de tiempo) se puede calcular partiendo de:

• R = Avt / t = vA• Gasto = velocidad X sección transversal • Las unidades de R expresan la relación de

una unidad de volumen entre una unidad de tiempo. Ejemplos frecuentes de esto son: pies cúbicos por segundo, metros cúbicos por segundo, litros por segundo y galones por minuto. (Tippens P., 2001).

Nivel de río• El nivel del río

corresponde a la altura del cuerpo de agua en el cauce del mismo; depende de la variación de la precipitación, así como de las fluctuación de las estaciones del año.

FUENTES DE INFORMACIÓN• Anonimo. 2009.

http://www.geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/PRECIPITACION.htm

• Arturo Jiménez Román, 2005, Principios de Hidrografía, Mc Graw-Hill, México, D.F., pp 102.

• Chow, V. T. 1964. Handbook of applied hydrology: a compendio of water resources technology. McGraw-Hill.

• CONAGUA. NOM-011-CNA-2000, “Conservación del Recurso agua - que establece las especificaciones y el método para Determinar la disponibilidad media anual de las aguas nacionales”.

• Maidment, R. D. 1993. Handbook of hydrology. Mc Graw Hill, New York (E.U.). pp 1.1-13.45

• Pizarro R, Ramirez C B., Flores, J. P. (2003). Análisis comparativo de cinco métodos para la estimación de precipitaciones areales anuales en períodos extremos. Bosque 24(3): 31-38.

• Sánchez San Román, F. J. 2004. El Ciclo Hidrológico. Univ. Salamanca Dpto. Geología. España.

• Roger G. Barry y Richard J. Chorley, 1999, Atmósfera, tiempo y clima, 7| Edición, Editorial Omega, S.A., España, pp. 441.

• Tippens P., 2001, Física conceptos y aplicaciones, 6° Edición, Mc Graw-Hill, Mexico, D.F., pp. 943.