Balance hídricoBalance hídrico

DefiniciónDefinición Elementos de un balance hídricoElementos de un balance hídrico Balance global terrestreBalance global terrestre Tipos de balance especialesTipos de balance especiales Balance hídricoBalance hídrico Cuencas receptoras y productorasCuencas receptoras y productoras

Es un método de investigación del ciclo hidrológico.Es un método de investigación del ciclo hidrológico. El concepto se deriva del concepto de balance en contabilidad El concepto se deriva del concepto de balance en contabilidad

es el equilibrio entre todos los “recursos” hídricos que ingresan y es el equilibrio entre todos los “recursos” hídricos que ingresan y los que salen del sistema, en un intervalo de tiempo determinado.los que salen del sistema, en un intervalo de tiempo determinado.

Permite:Permite: Analizar el equilibrio de los recursos hídricos en una región de la tierra. Analizar el equilibrio de los recursos hídricos en una región de la tierra. Cuantificar alguno de los parámetros que intervienen en el ciclo Cuantificar alguno de los parámetros que intervienen en el ciclo

hidrológico.hidrológico.

Se basa en la ecuación de conservación de masa.Se basa en la ecuación de conservación de masa.

Situación final = situación inicial + entradas - salidas

DefiniciónDefinición

Se debe definir: Se debe definir: El sistema: Una cuenca hidrográfica, un embalse, un El sistema: Una cuenca hidrográfica, un embalse, un

lago natural, una región administrativa (país, región, lago natural, una región administrativa (país, región, departamento, etc.) e incluso el cuerpo humano.departamento, etc.) e incluso el cuerpo humano.

El intervalo de tiempo: año, mes, campaña agrícola, El intervalo de tiempo: año, mes, campaña agrícola, multianual, etc. multianual, etc.

Las unidades: que pueden ser expresadas en mm, Las unidades: que pueden ser expresadas en mm, HmHm33, m, m33/s, etc./s, etc.

DefiniciónDefinición

Elementos de un balance hídricoElementos de un balance hídrico

PP : Precipitación: PrecipitaciónQsiQsi : Caudal superficial de ingreso: Caudal superficial de ingresoQuiQui : Caudal subterráneo de ingreso: Caudal subterráneo de ingresoEE : Evaporación: EvaporaciónETRETR : Evapotranspiración real: Evapotranspiración realQsoQso : Caudal superficial de salida: Caudal superficial de salidaQuoQuo : Caudal subterráneo de salida: Caudal subterráneo de salida∆∆ss : Variación del almacenamiento : S: Variación del almacenamiento : S22-S-S11

ηη : Error de cierre o término de discrepancia: Error de cierre o término de discrepancia

0=+∆−−−−−++ ηsuosouisi QQETREQQP

Balance global terrestre

Si se desea hacer un balance global del movimiento del agua en la Si se desea hacer un balance global del movimiento del agua en la tierra, se tienen las siguientes cifras:tierra, se tienen las siguientes cifras:

Se estima que la superficie de continentes:Se estima que la superficie de continentes: recibe una precipitación promedio anual de 710 mm, recibe una precipitación promedio anual de 710 mm, de los cuales se evaporan a la atmósfera aproximadamente 470 mm. de los cuales se evaporan a la atmósfera aproximadamente 470 mm. y se transforman en escurrimiento 240 mm. y se transforman en escurrimiento 240 mm.

Sobre la superficie de mares y oceános:Sobre la superficie de mares y oceános: cae una precipitación promedio estimada de 1100 mm, cae una precipitación promedio estimada de 1100 mm, de los cuales se evaporan 1200 mm, de los cuales se evaporan 1200 mm, quedando un déficit de 100 mm, que equivalen a los 240 mm quedando un déficit de 100 mm, que equivalen a los 240 mm

mencionados anteriormente. mencionados anteriormente. Numéricamente son distintos debido a la diferencia de superficies Numéricamente son distintos debido a la diferencia de superficies

de mares y continentes.de mares y continentes.

Podemos hablar de un balance hídrico Podemos hablar de un balance hídrico “en general” o completo y de algunos “en general” o completo y de algunos tipos específicos son: tipos específicos son: superficial (desprecia el término subterráneo), superficial (desprecia el término subterráneo), Subterráneo (acuífero), Subterráneo (acuífero), de un lago o embalse,de un lago o embalse, aerológico (atmósfera) e aerológico (atmósfera) e isotópico (movimiento de masas: aire-agua-isotópico (movimiento de masas: aire-agua-

suelo).suelo).

Tipos de balance hídricoTipos de balance hídrico

El contenido total de agua en la atmósfera El contenido total de agua en la atmósfera representa sólo una pequeña fracción de la representa sólo una pequeña fracción de la hidrósfera.hidrósfera.

Sin embargo, su gran movilidad hace que el Sin embargo, su gran movilidad hace que el vapor de agua juegue un rol predominante en el vapor de agua juegue un rol predominante en el balance hídrico.balance hídrico.

El balance está constituido por transferencias, El balance está constituido por transferencias, condensación, almacenamiento y transporte de condensación, almacenamiento y transporte de agua en la atmósfera.agua en la atmósfera.

Balance hídrico aerológicoBalance hídrico aerológico

Se trabaja para una columna de área unitaria.Se trabaja para una columna de área unitaria. Se requieren mediciones de una red aerológica.Se requieren mediciones de una red aerológica. Considera:Considera:

ETRETR : Flujo vertical del vapor de agua (ET real): Flujo vertical del vapor de agua (ET real) PP : Flujo de agua condensada.: Flujo de agua condensada. WW : Almacenamiento de vapor de agua en la atmósfera.: Almacenamiento de vapor de agua en la atmósfera. WcWc : Almacenamiento de agua líquida y sólida en la atmósfera.: Almacenamiento de agua líquida y sólida en la atmósfera. QQ : Escorrentía aérea del vapor de agua.: Escorrentía aérea del vapor de agua. QcQc : Escorrentía aérea del agua líquida y sólida (nubes).: Escorrentía aérea del agua líquida y sólida (nubes).

Balance hídrico aerológicoBalance hídrico aerológico

0=±∆±∆±±±− ηWcWcQQPETR

Del idioma griego "en el mismo sitio", se usa Del idioma griego "en el mismo sitio", se usa para indicar que todos los isótopos de un mismo para indicar que todos los isótopos de un mismo elemento se encuentran en el mismo sitio de la elemento se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica. tabla periódica.

Un elemento químico dado está constituido por Un elemento químico dado está constituido por varias especies de átomos de masa o peso varias especies de átomos de masa o peso atómico diferente. atómico diferente.

A cada especie atómica así definida se la A cada especie atómica así definida se la denomina isótopo del elemento dado. denomina isótopo del elemento dado.

Balance hídrico isotópicoBalance hídrico isotópico““isótoposisótopos””

Los isótopos de cada átomo tienen:Los isótopos de cada átomo tienen: el mismo número atómico o de protones, el mismo número atómico o de protones, ZZ, pero , pero distinto número de masa, distinto número de masa, AA, lo cual indica que el , lo cual indica que el

número de neutrones es diferente y característico número de neutrones es diferente y característico para cada isótopo.para cada isótopo.

Así: hidrógeno-3 o tritio, carbono-12, carbono-Así: hidrógeno-3 o tritio, carbono-12, carbono-14, uranio-238, etc. 14, uranio-238, etc.

En forma simbólica, el número de nucleones se En forma simbólica, el número de nucleones se añade como superíndice a la izquierda del añade como superíndice a la izquierda del símbolo: símbolo: 33H, H, 1212C, C, 1414C, C, 238238U. U.

Balance hídrico isotópicoBalance hídrico isotópico““isótoposisótopos””

Puede ser un método valioso, especialmente en Puede ser un método valioso, especialmente en cuencas con control fluviométrico difícil.cuencas con control fluviométrico difícil.

En la naturaleza existen: En la naturaleza existen: 2 isótopos estables de Hidrógeno: protio (H ó 2 isótopos estables de Hidrógeno: protio (H ó 11H H 99.985%) y 99.985%) y

deuterio (D ó deuterio (D ó 22H H 0.015%).0.015%). 3 isótopos estables del Oxígeno: 3 isótopos estables del Oxígeno: 1616O (99.759%), O (99.759%), 1717O (0.037%) y O (0.037%) y

1818O (0.204%).O (0.204%). La combinación da lugar a diferentes moléculas de La combinación da lugar a diferentes moléculas de

agua, las más abundantes son:agua, las más abundantes son: HH22

1616O, HO, H221818O y HDO y HD1616O.O.

Balance hídrico isotópicoBalance hídrico isotópico

Los isótopos de los átomos y las diferentes moléculas Los isótopos de los átomos y las diferentes moléculas creadas por su combinación tendrán diferentes pesos creadas por su combinación tendrán diferentes pesos entre sí, lo que permite analizar la movilidad o flujo entre sí, lo que permite analizar la movilidad o flujo hídrico, mediante la concentración isotópica de hídrico, mediante la concentración isotópica de muestras recogidas comparadas con los estándares muestras recogidas comparadas con los estándares mundiales (SMOW – standard mean ocean water).mundiales (SMOW – standard mean ocean water).

Se debe tener en cuenta la capacidad de análisis de los Se debe tener en cuenta la capacidad de análisis de los laboratorios existentes en la región.laboratorios existentes en la región.

Balance hídrico isotópicoBalance hídrico isotópico

Conviene dividir la cuenca en tres zonas: alta, Conviene dividir la cuenca en tres zonas: alta, media y baja.media y baja.

Las muestras pluviométricas se toman de la Las muestras pluviométricas se toman de la precipitación mensual totalizada.precipitación mensual totalizada.

Las muestras fluviométricas deben ser más Las muestras fluviométricas deben ser más frecuentes dependiendo del régimen frecuentes dependiendo del régimen hidrológico. En estiaje mínimo una mensual y en hidrológico. En estiaje mínimo una mensual y en crecida una diaria o semanal.crecida una diaria o semanal.

Balance hídrico isotópicoBalance hídrico isotópicoRed de estaciones de muestreoRed de estaciones de muestreo

Balance hídrico de un lago o embalse Balance hídrico de un lago o embalse

E

Qout

P

Qin

Interacción suelo-lago

embalse

S1 y S2 = Volúmenes inicial y final en el lago o embalse.

InteraccQQPSSE outin ±−++−= 21

No considera la interacción con el subsuelo.No considera la interacción con el subsuelo. Si no hay embalses, desprecia E y Si no hay embalses, desprecia E y ∆∆s.s. Si el sistema analizado es una cuenca, no hay Si el sistema analizado es una cuenca, no hay

caudal de ingreso al sistema.caudal de ingreso al sistema.

Balance hídrico superficial Balance hídrico superficial

η=−− QETRP

0=+∆−−−−−++ ηsuosouisi QQETREQQP

Ejemplo de balance hídricoEjemplo de balance hídrico

Se tiene una cuenca cultivada y cubierta de vegetación, Se tiene una cuenca cultivada y cubierta de vegetación, en la latitud 10ºS, longitud 75ºW, altitud promedio 100 en la latitud 10ºS, longitud 75ºW, altitud promedio 100 msnm, Área= 100 kmmsnm, Área= 100 km22 y perímetro = 40 km. Se le pide: y perímetro = 40 km. Se le pide:

Determinar los lados de un rectángulo equivalente a la Determinar los lados de un rectángulo equivalente a la cuenca, que le servirán para los cálculos posteriores.cuenca, que le servirán para los cálculos posteriores.

.10;10

1284,111

1284,1,

2

kmlkmL

K

AKlL

ee

C

cee

==

−±=

1284.12

==A

PKc π

Cuenca 10

10

PrecipitaciónPrecipitación La cuenca cuenta con 3 estaciones La cuenca cuenta con 3 estaciones

meteorológicas ubicadas en las meteorológicas ubicadas en las esquinas noreste, noroeste y en el esquinas noreste, noroeste y en el punto central del lado sur.punto central del lado sur.

Determinar mediante polígonos de Determinar mediante polígonos de Thiessen la precipitación media en la Thiessen la precipitación media en la cuenca para los meses de enero, cuenca para los meses de enero, febrero y marzo. febrero y marzo.

Est. Ene Feb MarNO 220 275 330NE 275 308 363Sur 330 352 385

NO NE

Sur

6.25

3.75A=25

A=50Estación Polígonos Ene Feb Mar

NO 25% 220 275 330NE 25% 275 308 363Sur 50% 330 352 385

P (mm) 288,8 321,8 365,8 P (MMC) 28,9 32,2 36,6

EvapotranspiraciónEvapotranspiración Generalmente en la zona se

presenta una tasa anual n/N del 60% y se ha encontrado que para los 3 meses de verano las variables climatológicas han sido uniformes para la pequeña cuenca. Las mismas se presentan a continuación junto con el coeficiente de cultivo.

Determinar por el método de Penman la ETP de la cuenca para los meses de enero, febrero y marzo.

Parámetro Ene Feb Marn (horas) 8 8 8

Tmed (ºC) 25 30 35HR (%) 70 75 80

Vz=1m (m/s) 4 5 5

Vz=3m (m/s) 6 8 8

Kc 0,7 0,8 0,8

( ) ( )eeV

WWRETo sn −

+−+=

100127,01