Introducciónciclo hidrológico

Hidrología aplicada

Ciclo hidrológico Fenómeno global de circulación del agua entre

superficie terrestre y atmósfera, impulsado por energía solar, asociada a gravedad y a rotación de Tierra.

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Ciclo del agua

Agua, desarrolla un ciclo en naturaleza, denominado ciclo del agua, que consiste en:

Circulación del agua del océano, a través de atmósfera, hacia continente; su retorno al océano en varias formas después de su detención ocasional: por escurrimiento superficial o subterráneo.

3

4

Evapotranspiración

Evaporación

Formación de nubes Lluvia

Escorrentía

Infiltración al agua

subterránea

Usada por las

plantas

Bombeo de agua subterránea a través de un pozo

Ciclo del agua

5

o Circulación del agua en cualquiera de sus estados físicos (líquido, sólido o gaseoso).

o Conjunto de procesos que ocurren en forma continua, no tiene principio ni fin.

o Sol es fuente de energía.

o Ciclo funciona a escala universal.

Ciclo hidrológico

Ecuación del ciclo hidrológico:

Precipitación = escurrimiento +

infiltración + evaporación + transpiración +

almacenaje

Ciclo del agua6

o Generalmente es descrito en términos de sus componentes: precipitación, infiltración, evaporación, transpiración, escorrentía y flujo

subterráneo.

7

Precipitación

Infiltración

Flujo superficial

Flujo subterráneo

Divisoria de aguas

Intercepción

Ciclo hidrológico en cuenca

Evapotranspiración

Interflujo

Nivel freático

Divisoria de aguas

Río

Agua subterráneaAgua subterránea

Nivel freático

Interflujo

Ciclo hidrológico

Superficieoceánica

Precipitación

Escurrimientoy almacenamiento

Infiltración Evapotranspiración

EvaporaciónPrecipitación

Precipitación

9Ciclo del agua y ecosistemas

¿Ciclo del agua puede ser modificado por hombre?10

Hombre intenta adaptar o modificar ciclo hidrológico para hacerlo más útil a sus necesidades. Ejemplos: Lluvia artificial, desalinización del agua de mar o construcción de embalses para controlar flujo de ríos.

11

 

 

Agua subterránea

Extracción

ErosiónContaminaciónTransportada

por aire

Almacenamiento en

represasOcéano

Lluvia

Evaporación

Irrigación

Salinización

Intrusión Salina

Enfermedades infectocontagiosasDeslizamientos de tierra

Inundaciones

Contaminación del agua

Presiones impuestas al agua por hombre

12Hombre y ciclo hidrológico

Océano

Evaporación Evapo-transpiración

Escorrentía

Agua potabl

e

Descarga aguas tratadas

Intrusión marinaAcuifero

InfiltraciónRecarga

Evaporación

Extracción

Precipitación

Humedad suelo

Humedad suelo

Hombre y ciclo hidrológico13

Ciclo hidrológico “urbano”14

Usos del agua y ciclo hidrológico15

Ciclo del agua y riego16

Escorrentía

Humedad del suelo

Lluvia

Drenaje

Riego

Evapotranspiración

Planta toma agua

Ciclo hidrológico

y cultivos

17 transpiración

evaporación

infiltración

PercolaciónprofundaAscenso

capilar

Absorción por raíces

Drenaje

Tabla de agua

Ciclo del agua: fases aéreas18

Transpiración: movimiento por

plantas Condensación: formación de

nubes

Evaporación: elevación de

vapor

Precipitación: caída de

lluvia

Precipitación

Principal abastecimiento de agua para mayoría de ecosistemas terrestres.

Toda forma de humedad que, originándose en nubes, alcanza superficie del suelo: lluvia, granizo, nieve, neblina, rocío.

Precipitación se mide en lámina de agua que alcanzaría a formarse sobre una superficie impermeable.

Equipos de medida son pluviómetro y pluviógrafo.

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Intercepción

Parte de precipitación que cae encima de plantas y que se evapora sin llegar al suelo.

Primero, gotas de lluvia pueden ser interceptadas por follaje de plantas.

El resto, se distribuye como escorrentía o es evaporada hacia atmósfera.

20

Intercepción

Precipitación

Escurrimiento fustal

Precipitacióndirecta

Escorrentía

Agua que cae como lluvia o nieve se puede evaporar, escurrir o infiltrar, dependiendo de: Tasa de precipitación

Contenido hídrico del suelo

Pendiente y vegetación

Escorrentía: flujo de agua sobre superficie del terreno con pendiente y cuando precipitación excede infiltración.

21

Evaporación y transpiración22

Transpiración

Proceso por el que plantas pierden agua por estomas;

Proceso pasivo, controlado por humedad atmosférica y contenido hídrico del suelo.

También transporta nutrientes desde suelo a raíces y los conduce a células de planta.

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Ciclo del agua: fases subterráneas

Del agua caída por precipitación, parte se infiltra y recorre sus distintas capas, verticalmente hacia abajo (percolación), dando origen al agua subterránea, que a través del flujo subterráneo, vuelve a ríos, lagos y océanos.

Movimiento del agua a través del suelo, disuelve sales solubles y las arrastra consigo, produciendo lavado.

Si movimiento vertical es hacia arriba, se denomina ascenso capilar.

24

Ascenso capilar

Lavado

Percolación

Agua subterránea

Infiltración

Infiltración/percolación

Absorción y entrada del agua hacia interior del suelo

25

Humedad del suelo

Agua subterránea

Percolación

Infiltración

Percolación26

Una vez que agua penetra al suelo, se mueve hacia abajo a través del perfil del suelo.

En percolación, agua puede moverse como un frente saturado – por efecto de gravedad.

O, puede moverse como un flujo no saturado debido a fuerzas de capilaridad.

Aguas subterráneas en ciclo hidrológico27

Agua subterránea es una fase del ciclo hidrológico y se encuentra en movimiento (flujo subterráneo).

Aguas subterráneas

Agua almacenada en suelo y capas rocosas (acuíferos).

Depende de porosidad y permeabilidad del acuífero.

28

Nivel freático

Agua subterránea

29

Flujo del aguasobre superficie

Lago

Infiltración

Agua subterránea

EvaporaciónTranspiración

Precipitación

Relación entre agua subterránea y superficial

Componentes del agua subterránea30

Flujo subterráneo31

En naturaleza existe cantidad enorme de agua: 1386 millones de km3.

Sin embargo, 97,5% de esa cantidad es agua salada y sólo 2,5% es agua dulce.

Mayor proporción del agua dulce (77,6%) está en forma de hielo y nieves perpetuas; otro 21,8% del agua dulce se encuentra como agua subterránea.

Sólo 0,26% del total de agua dulce en Tierra se concentra en lagos, embalses y sistemas fluviales, que son fuentes de agua más accesibles para necesidades económicas y muy importantes para ecosistemas hídricos.

32

Cuánta agua hay en la Tierra?

33

Cuánta agua hay en la Tierra?

En naturaleza existe 1386x106 km3 de agua: pero 97% es agua salada, no utilizable directamente

34

Agua dulce2.5%34.65 millones km3

Agua salada97.5%

1’351.35 millones km3

Agua en la Tierra

Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 millones de km3 de agua

Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 millones de km3 de agua

35

68.9 %glaciares y

nieves eternas23.87

millones km3

0.9%humedad del suelo

0.31 millones

km3

29.9%agua

subterránea10.36

millones km3

0.3%agua de lagos y ríos 0.10 millones km3

Única porción renovable

Disponibilidad del agua dulce

2.5%agua dulce

34.65millones km3

Sistemas hidrológicos36

o Se trata de sistemas dinámicos donde se desarrollan procesos que se retroalimentan entre sí.

o "Un sistema es una estructura, mecanismo, esquema o procedimiento, real o abstracto, que relaciona en tiempo y/o espacio una causa, entrada o estímulo de materia, energía o información con un efecto, salida o respuesta de materia, energía o información."

Sistema hidrológico global37

Atmósfera

Precip

Precipitación

PrecipPrecip

Evap Evap

Evaporación

Traspirac

Precip-intercEsc. superficial

Esc. superf.

Interflujo

Flujo subterráneo

Intrusión marina

Flujo subterráneo

Ascenso capilarPercolación

Difusión vaporInfiltrac Interflujo

Océano

Ríos y otros

cuerpos de

agua

Vegetación

Superficie terrestre Suelo

Acuífero

38

Océanos

Atmósfera

1350·1015 m3

13·1012 m3

Evap

ora

ción

36

1·1

012 m

3/a

ño

Pre

cip

itaci

ón

32

4·1

012 m

3/a

ño

Tierras33.6·1015 m3

37

·10

12 m

3/a

ño

Ag

uas

su

perf

icia

les y

su

bte

rrán

eas

Evaporación y

transpiración

62·1012 m3/año

99·1012 m3/año

Precipitación

361·1012 m3/año

62·1012 m3/año

423·1012 m3/año

324·1012 m3/año 99·1012 m3/año

423·1012 m3/año

Balance atmósfera

Basado enhttp://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml

Sistema hidrológico global

39

Estratos impermeable

s

Percolación profunda

Flujo superficial

Océano

Escorrentía

Flujo superficial

Movimiento aguas

subterráneas

Nivel freático

Infiltración

Intrusiones salinas

Precipitación en tierra

100

Evaporación desde

tierra

68

Evaporación

Vegetación

Suelo

Embalse

31Evaporació

n desde océano

428

396

Precipitación sobre

océano

32

Basado en Britannica 2004

Flujos en unidades de 1012 m3/año

Intercepción y

transpiración

1

Flujo de agua en ciclo hidrológico

Flujo de agua en CH40

Flujo de agua en CH41

Balance anual del ciclo hidrológico42

Balance hidrológico en cuenca43

Balance hidrológico en cuenca

P - Q - G - ET - S = 0

Donde: P = Precipitación; Q = Caudal

superficial; G = Caudal

subterráneo; ET = Evapo-

transpiración; S = Cambio en

humedecimiento.

44

Balance hídrico en cuencas45

QD

IM

QV

EP

I

Qa

Qa+P=QV+QD+I+IM+E+DS

S

Balance hidrológico embalse

Balance hidrológico región47

Para un cierto intervalo de tiempo, ecuación de balance hidrológico para una región involucra todos los componentes del ciclo hidrológico.

P

ET

R1Q1

QZ1

Q2

QZ2

RZ

ZDZ

R2

P+Q1+R1+QZ1=R2+ET+Q2+QZ2±DH±DZ

QZ1+RZ=QZ2+DZ ± DH ± DZ

Balance hidrológico región

Balance hidrológico

P + Qsa + Qza = E + ET + I + Qse + Qze + SL +

SS + Sz + SN Donde:

P = Precipitación media

Qsa = Caudales superficiales afluentes a cuenca

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X = Y + dS/dt

"X" representa insumos o entradas al sistema por unidad de tiempo, "Y" las salidas por unidad de tiempo y dS/dt es la tasa de variación con el tiempo del almacenamiento de masa o volumen en el sistema.

Balance hidrológico

Qza = Caudales subterráneos afluentes

E = Evaporación media desde superficies de agua libre

ET = Evapotranspiración media

I = Retención de la precipitación por intercepción de la vegetación

Qse = Caudales superficiales efluentes de cuenca

Qze = Caudales subterráneos efluentes

SL = Variación en período, de volúmenes de agua almacenada superficialmente (lagos, embalses, lagunas, depresiones superficiales del terreno, etc)

SS = Variación del volumen de agua almacenada en suelos no saturados (en forma de humedad del suelo)

Sz = Variación del almacenamiento subterráneo en acuíferos

SN = Variación del agua almacenada en nieves y glaciares

50

SISTEMA SUELO-AGUA-PLANTA

PP

In

In

IH

Pf

Z

EI1 EI2

ES1 ES2

Napa subterránea

ET

Zona radicular

Zona de percolación

Balance hidrológico

ET

P + EI1 + ES1 = ET + EI2 + ES2 + In + DH + DZ

ENTRADAS

SALIDAS

VARIACIONES ALMACENAMIENTO

Balance hidrológico

53Balance hidrológico

Balance en superficie

54Preguntas motivadoras

• Nueva cultura del agua

• Día mundial del agua

• Valor del agua: económico, social y ambiental

• Hidrología y cambio climático

• Decenio del agua

• Crisis del agua

• Agua: calidad y cantidad

• Principios de Dublín