1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresRecursos HdricosConceptos bsicosy estudios de caso en IberoamricaEditoresCarlos Daz DelgadoMara Vicenta Esteller AlberichFernando Lpez-VeraSegunda edicin, 2006Publicado conjuntamente por:Piriguaz EdicionesTel.: (598-2) 900 4439; fax: (598-2) 311 3136. San Jos 1018, Ap. 203, Montevideo, Uruguay.Correo electrnico: danton@chasque.netCentro Interamericano de Recursos del Agua, Universidad Autnoma del Estado de MxicoTel.: (52-72) 96 5550, fax: (52-72) 96 5551. Cerro de Coatepec, C.U. Toluca, Estado de Mxico, C.P. 50130, MxicoCorreo electrnico: cdiaz@uaemex.mx Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin del Agua, Centro Interamericano de Recursos de Agua, Facultad de Ingeniera,Universidad Autnoma del Estado de Mxico (Mxico) y Piriguaz ediciones (Uruguay) (2005).Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores.Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica. Montevideo / Toluca,Piriguaz Ediciones / CIRA-UAEM, 2005, 747 p., ilustraciones, figuras, cuadros y grficos.ISBN (Piriguaz): 9974-7571-6-9Segunda edicin, 2006Publicado con el apoyo de: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa (Conacyt, Mxico) Universidad Autnoma del Estado de Mxico (UAEM) Secretara General de Investigacin y Estudios Avanzados (SGIYEA-UAEM) Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) Facultad de Ingeniera (UAEM) Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED) Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin del Agua (RIPDA-CYTED, RED XVII.D) Red Iberoamericana de Vulnerabilidad de Acuferos (CYTED, RED XVII.A) Red Latinoamericana de Desarrollo de Capacidades para la Gestin Integrada del Agua (LA-WETnet)Autores de textos:Prlogo: Danilo AntnMensaje de los editores: Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-VeraSeccin I. Introduccin y captulos I.1 y I.2: Fernando Lpez-VeraSeccin II. Introduccin:Carlos Daz Delgado. Captulo II.1: Carlos Daz Delgado, Khalidou M. B y Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulos II.2,II. 3,II.4 y II. 5: Irene de Bustamante y Juana Mara Sanz Garca. Captulo II.6: Carlos Daz Delgado, Khalidou M. B y Jos Llamas Siendones. Captulo II.7: Ignacio Morell. Captulo II.8: Juan Antonio Garca Aragn y Remigio Galrraga Snchez. Captulo II.9: Carlos Daz Delgado y Khalidou M. B. Captulo II.10: Alin Andrei Crsteanu, Khalidou M. B y Carlos Daz Delgado. Captulo II.11: Khalidou M. B y Carlos Daz Delgado. Captulo II.12: Eduardo Trujillo Flores , Carlos Daz Delgado y Khalidou M. B. Captulo II.13: Alin Andrei Crsteanu. Captulo II.14 : Irma Vila PintoSeccin III. Introduccin y captulo III.1: Mara Vicenta Esteller Alberich y Suely Schuartz Pacheco Mestrinho. Captulo III.2: Remigio Galrraga Snchez y Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo III.3: Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo III.4: Irene De Bustamante, Jos Luis Corvea y Juana Mara Sanz Garca. Captulo III.5: Mara Vicenta Esteller Alberich, Ignacio Morell y Remigio Galrraga Snchez. Captulo III.6: Mara Vicenta Esteller Alberich y Remigio Galrraga Snchez. Captulo III.7: Remigio Galrraga Snchez Seccin IV. Introduccin: Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo IV.1: Suely Schuartz Pacheco Mestrinho y Alicia Fernndez Cirelli. Captulos IV.2: Alicia Fernndez Cirelli. Captulo IV.3: Suely Schuartz Pacheco Mestrinho. Captulo IV.4: Suely Schuartz Pacheco Mestrinho, Alicia Fernndez y Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo IV.5: Miquel Salgot de Maray. Captulo IV.6: Alicia Fernndez Cirelli, Patricia Miretzky y Vctor Conzonno.Seccin V. Introduccin: Mara Vicenta Esteller Alberich. CaptuloV. 1: Antonio Eduardo Lanna y Carlos Andr Mendes. Captulos V.2, V.3, V.4 y V.6: Carlos Andr Mendes y Antonio Eduardo Lanna. Captulo V.5: Lucas Fernndez ReyesSeccin VI. Introduccin:Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo VI.1: Miquel Salgot de Maray, Mara Anglica Mondaca y Vctor Campos. Captulos VI.2, VI.3 y VI.4: Miquel Salgot de Maray. Captulo VI.5: Ricardo Hirata y Amlia Fernndes. Captulo VI.6: Ricardo Hirata, Juliana Baitz y Doris Liliana Otlvaro. Captulo 7. Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo 8. Gerardo Ramos Gonzlez.Seccin VII. Introduccin, captulos del VII.1, al VII.5: Antonio Eduardo LannaSeccin VIII. Introduccin: Carlos Daz Delgado. Captulo VIII.1: Jos Emilio Bar Surez. Captulo VIII.2: Pilar Cisneros Brito. Captulos VIII.3 y VIII.4: Lilliana Arrieta Quesada. Captulo VIII.5: Pedro vila Prez, Graciela Zaraza Ortega, Icela Barcel Quintal, Carlos Daz Delgado e Irma Rosas Prez. Captulo VIII.6: Raymundo Garrido. Captulo VIII.7: Danilo Antn, Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich, Emmanuelle Quentin, Juan Antonio Garca Aragn y Khalidou M.B. Captulo VIII.8:Damin Indij.Seccin IX. Introduccin y captulos del IX.1 al IX.4: Jos Manuel Murillo Daz.Cuidado de la edicin: Alejandra Santana, Leobardo de Jess y Luis Brito CruzProgramacin e integracin de medios: La Octava Casa (www.laoctavacasa.com)Fotografa: Ruth Hernndez Prez, Martha C. Villaveces LpezRealizacin grfica: Alejandra SantanaIlustraciones de portada y contraportada: Ruth Hernndez Prez y Nelly Mara Daz ReynosoImpreso en Uruguay, enero de 2006Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica3Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCarlos Daz Delgado, es profesor-investigador del Centro Interamericano deRecursos del Agua (CIRA) dependencia acadmica de la Facultad de Ingeniera de laUniversidad Autnoma del Estado de Mxico, Mxico. Profesor de los cursos deposgrado de Hidrologa Paramtrica, Hidrologa Estadstica, Redes de Abas-tecimiento de Agua Potable, Hidrologa Urbana y Tcnicas de Muestreo Hidrolgico.En 1985 obtuvo el grado de Ingeniero Civil en la Universidad Autnoma de Quertaro,Quertaro, Mxico, en 1988 el grado de Maestro en Ciencias-Ingeniera Civil y en1991 el grado de Doctor en Ingeniera, Ph. D. (Hidrologa) en la Universidad Laval,Quebec, Canad. De 1994 a 2002 y de 2005 a la fecha ha sido Coordinador del CentroInteramericano de Recursos del Agua-UAEM, Mxico. Es miembro de la Orden deIngenieros de Quebec, Canad, desde 1994, certificado como Professional Hydrologistpor la AIH, Estados Unidos, Perito Profesional en las reas Hidrulicas y Sanitariapor el Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Mxico (2005) y miembro delSistema Nacional de Investigadores (SNI) en Mxico (Conacyt, Mxico) desde 1994.Es Investigador invitado del Centro de Excelencia en Investigaciones de HidrologaEstadstica de Hydro-Qubec-INRS-ETE, desde 1999. Desde 2001 es Coordinadorde la Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin de Agua (RED XVII.D, RIPDA-CYTED), Desde 2004 es miembro del Consejo de Administracin de la red LatinAmerican Water Education Training Network (LA-WETnet). Tiene en su haber ms de40 publicaciones tcnicas y de divulgacin cientfica y es coautor de los librosContribuciones al manejo de los recursos hdricos en Amrica Latina (1997), Sequaen un mundo de agua (2000; 2002), Elementos bsicos de riego presurizado para pro-ductores: microirrigacin (2002), Agua potable para comunidades rurales, reuso ytratamientos avanzados de aguas residuales domsticas libro electrnico (2003),Elementos bsicos de riego presurizado para productores: relaciones agua-suelo-planta-atmsfera (2003) y Manual de evaluacin de plantas potabilizadoras (2004).Mara Vicenta Esteller Alberich, es profesora-i nvesti gadora del CentroInteramericano de Recursos del Agua, dependencia acadmica de la Facultad deIngeniera de la Universidad Autnoma del Estado de Mxico. Imparte docenciaen cursos relacionados con el tema de las aguas subterrneas, como es Hidro-geologa, Contaminacin de Acuferos y Proteccin y Recuperacin de Acuferos.Es licenciada en Ciencias Geolgicas por la Universidad de Granada, Espaa, yobtuvo su ttulo de Doctor en Hidrogeologa en esta misma Universidad con unatesis sobre reutilizacin de aguas residuales en la agricultura. Es miembro delSistema Nacional de Investigadores (Conacyt, Mxico) desde 1998. Ha participadoen proyectos de investigacin internacionales en Espaa, Portugal, Cuba yEditores4 Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaHonduras. Ha publicado artculos en revistas internacionales sobre temasrelacionados con el uso de aguas residuales para riego, aplicacin de bioslidosen la agricultura, y sobre contaminacin y sobreexplotacin de acuferos. Igualmenteha colaborado en varios libros, as como en su edicin.Fernando Lpez-Vera, es catedrtico de Geodinmica e Hidrogeologa de laUniversidad Autnoma de Madrid (Espaa), desde 1986, donde imparte diversoscursos sobre Hidrogeologa, Hidrogeoqumica convencional e isotpica, Hidrologay Gestin de Recursos Hdricos, Gestin de la Calidad del Agua, Contaminacin deAguas Subterrneas y Proteccin y Recuperacin de Acuferos. Asimismo, haimpartido cursos y conferencias sobre esta temtica en las Universidades de BuenosAires y La Plata (Repblica de Argentina), Universidad de La Serena (Chile), UniversidadCatlica de Ro de Janeiro y Universidad Federal del Baha (Brasil), Universidad deLa Habana y CUJAE (Cuba), UNAM (Mxico), Universidad Catlica de Lima (Per),Universidad de Asuncin (Paraguay), Universidad Politcnica de Quito (Ecuador), CIFde Antigua (Guatemala), CIF de Cartagena de Indias (Colombia), Universidad Nacionalde Costa Rica (Costa Rica). Ha desarrollado misiones cientficas y consultoras en:Argentina, Brasil, Chile, Costa Rica, Honduras, Mxico y Per. Ha sido miembro de lacomisin de aguas del Consejo Asesor de Medio Ambiente del Ministerio de MedioAmbiente de Espaa, ha participado en diversas comisiones gubernamentales y deONGs y emitido dictmenes en temas relacionados con recursos hdricos y medioambiente. Coordinador de la Red AGUA del programa ALFA para Latinoamrica, dela Unin Europea y de la Red de Vulnerabilidad de Acuferos del ProgramaIberoamericano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED), desde las cualesha organizado diversos talleres, cursos y seminarios, e impulsado proyectos deinvestigacin. Miembro fundador del Grupo Espaol de la Asociacin Internacionalde Hidrogelogos, de la Asociacin Espaola de Hidrologa Subterrnea y del Clubdel Agua Subterrnea y miembro de la Asociacin Latinoamrica de HidrologaSubterrnea para el Desarrollo (ALHSUD), asociaciones en las que ha ocupado uocupa en la actualidad varios cargos. Licenciado en Ciencias Geolgicas en 1973,Dr. en Geologa Econmica por la Universidad Complutense de Madrid y Diplomadoen Hidrogeologa. Ha Realizado estancias en las Universidades de Arizona en Tucsony Connecticut (Estados Unidos) y en la Universidad de Pars VI (Francia). Autor decuatro libros y 86 artculos, director de 12 tesis doctorales, ha participado o dirigidonumerosos proyectos de carcter cientfico o profesional.5Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresPrlogoMensaje de los editoresSeccin I. Generalidades de los recursos hdricosIntroduccinCaptulo I.1. El dominio del agua y sus ciclosCaptulo I.2. El ciclo hidrolgico y el balance hdricoBibliografaSeccin II. Hidrologa superficialIntroduccinCaptulo II.1. Caractersticas fisiogrficas de una cuencaCaptulo II.2. La atmsferaCaptulo II.3. Las precipitaciones y su medidaCaptulo II.4. La evapotranspiracinCaptulo II.5. La infiltracin y su medidaCaptulo II.6. EscurrimientoCaptulo II.7. HidrometraCaptulo II.8. Hidrulica fluvialCaptulo II.9. Trnsito de avenidasCaptulo II.10. Nociones de hidrologa estocsticaCaptulo II.11. Estimacin de eventos hidrolgicos mximosCaptulo II.12. Estimacin de eventos hidrolgicos mximos: caso de estudioCaptulo II.13. Estimacin de sequasCaptulo II.14. Los sistemas acuticos continentales y su caracterizacin limnolgicaBibliografaSeccin III. Hidrologa subterrneaIntroduccinCaptulo III.1. Acuferos y unidades hidrogeolgicasCaptulo III.2. Flujo en medios porosos y fisuradosPginaiiiiI-3I-5I-9I-13II-3II-5II-19II-45II-51II-59II-65II-77II-87II-103II-111II-113II-119II-127II-129II-147III-3III-5III-15Contenido6 Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaCaptulo III.3. Piezometra y redes de flujoCaptulo III.4. Prospeccin de aguas subterrneasCaptulo III.5. Captacin de aguas subterrneasCaptulo III.6. Hidrulica de pozosCaptulo III.7. Caso de estudio de un acufero andinoBibliografaSeccin IV. Hidroqumica y calidad del aguaIntroduccinCaptulo IV.1. Propiedades del aguaCaptulo IV.2. Qumica del agua: reacciones y procesosCaptulo IV.3. Fundamentos de hidrogeoqumicaCaptulo IV.4. Criterios e ndices de calidad del aguaCaptulo IV.5. Mecanismos de transporte de contaminantes en subsuperficieCaptulo IV.6. Caso de estudio: hidroqumica de las lagunas pampsicas encadenadas de Chascomus (Argentina)BibliografaSeccin V. Sistemas de utilizacin de recursos hdricosIntroduccinCaptulo V.1. Sistemas de utilizacin del agua: urbano, agrcola e industrialCaptulo V.2. Modelacin cartogrfica de sistemas de utilizacinCaptulo V.3. Agregacin territorial de sistemasCaptulo V.4. Unidades de demandaCaptulo V.5. Teledeteccin y sistemas de informacin geogrfica para la obtencin, anlisis y gestin de la informacin hidrolgicaCaptulo V.6. Sistemas de utilizacin del agua. Caso de estudioBibliografaSeccin VI. Conservacin de los recursos hdricosIntroduccinCaptulo VI.1. Vertidos: aguas residuales, generacin, composicin y parmetros de medidaCaptulo VI.2. Planes de saneamiento, sistemas de alcantarillado, gestin de vertidos y criterios administrativosCaptulo VI.3. Sistemas centralizados vs. sistemas descentralizados, reduccin de la contaminacin y caudales en origen, sistemas individuales y colectivosIII-25III-33III-53III-79III-101III-108IV-3IV-5IV-9IV-33IV-47IV-57IV-63IV-69V-3V-5V-13V-21V-25V-39V-47V-50VI-3VI-5VI-15VI-197Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCaptulo VI.4. La reutilizacin de aguas residuales, el concepto de riesgo y su aplicacin a la reutilizacin y legislacin comparadaCaptulo VI.5. Vulnerabilidad de acuferos a la contaminacin antrpicaCaptulo VI.6. Permetros de proteccin de pozosCaptulo VI.7. Recarga artificial de acuferosCaptulo VI.8. Metodologa para el desarrollo de sondeos de inyeccin profunda con aplicacin a la gestin de residuos lquidosBibliografaSeccin VII. Gestin de recursos hdricosIntroduccinCaptulo VII.1. Modelos de gestin de cuencas: aspectos institucionales de la gestin de las aguas, organizacin y legislacinCaptulo VII.2. Organismos de cuencaCaptulo VII.3. Matemtica financieraCaptulo VII.4. Criterios integrados en el anlisis econmicoCaptulo VII.5. Incertidumbres en proyectos de recursos hdricosBibliografaSeccin VIII. Anlisis crtico a una gestin de recursos hdricosinapropiada: impactos ambientales y socialesIntroduccinCaptulo VIII.1. Metodologa para estudios de impacto ambiental de obras hidrulicasCaptulo VIII.2. Percepcin social de los problemas hidrolgicos y ambientalesCaptulo VIII.3. Gestin de recursos hdricos y el fenmeno global del cambio climticoCaptulo VIII.4. Gestin del agua con equidad de gneroCaptulo VIII.5. Afeccin a los sistemas acuticos por actividades antrpicasCaptulo VIII.6. Anlisis crtico sobre trasvases de agua entre cuencas: caso de estudio de la cuenca del ro San Francisco, BrasilCaptulo VIII.7. Una propuesta de gestin entrpica de recursos hdricosCaptulo VIII.8. La formacin de redes en gestin integrada de recursos hdricosBibliografaSeccin IX. Uso integrado del agua: casos de estudioIntroduccinCaptulo IX.1. Generalidades del uso conjunto de aguas superficiales y subterrneasVI-23VI-29VI-41VI-61VI-71VI-89VII-3VII-11VII-21VII-39VII-47VII-65VII-74VIII-3VIII-5VIII-19VIII-27VIII-35VIII-41VIII-63VIII-77VIII-93VIII-101IX-3IX-58 Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaCaptulo IX.2. Las aguas subterrneas en los esquemas de uso conjuntoCaptulo IX.3. El uso conjunto de aguas en EspaaCaptulo IX.4. Programa de uso conjunto de aguas en Espaa: primeros estudios realizadosBibliografandice analticoIX-15IX-19IX-27IX-37I9Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresndice de autoresGradoDra.Dr.Dra.Dr.Dr.Dr.M. A.Dr.Dra.M.C.A.Dra.Dr.Dr.M.C.A.Dra.NombreAlicia Fernndez CirelliAlin A. CrsteanuAmlia FernndesAntonio Eduardo LannaCarlos Andr MendesCarlos Daz DelgadoDamin IndijDanilo Antn GiudiceDoris Liliana OtlvaroEduardo Trujillo FloresEmmanuelle QuentinFernando Lpez-VeraGerardo Ramos GonzlezGraciela Zaraza OrtegaIcela Barcel QuintalEmpleo y AdscripcinDirectora del Centro de Estudios Transdiciplinario del Agua,Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de BuenosAires, Argentina.Profesor Investigador, Centro de Investigacin y EstudiosAvanzados, Departamento de Matemticas, InstitutoPolitcnico Nacional, Mxico.Investigadora,Instituto Geolgico, Secretara de MedioAmbiente del Estado de Sao Paulo, Brasil.Profesor Investigador, Instituto de InvestigacionesHidrulicas, Universidad Federal de Rio Grande do Sul,Brasil.Profesor Investigador, Instituto de InvestigacionesHidrulicas, Universidad Federal de Rio Grande do Sul,Brasil.Profesor Investigador, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.Coordinador de la Red Latinoamericana de Desarrollo deCapacidades en GIRH (LAWetnet), Argentina.Investigador invitado, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.Profesor Investigador, Laboratorio de Modelos Fsicos,Instituto de Geociencias, Universidad de Sao Paulo, Brasil.Profesor Investigador, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.Profesora investigadora, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.Catedrtico de Geodinmica e Hidrogeologa.Facultad deCiencias C-VIUniversidad Autnoma de Madrid, Espaa.Ingeniero de Minas, Instituto Geolgico y Minero deEspaa (IGME).Investigadora, Instituto Nacional de InvestigacionesNucleares, Centro Nuclear Dr. Nabor Carrillo Flores,Gerencia de Ciencias Ambientales, Mxico.Investigadora, Universidad Autnoma Metropolitana,Unidad Azcapotzalco, Departamento de Ciencias Bsicas,Mxico.e-mailafcirelli@fvet.uba.aralin@math.cinvestav.mxameliajf@igeologico.sp.gov.braelanna@terra.com.brcdiaz@uaemex.mxdindij@sinectis.com.ardanton@chasque.netetf@uaemex.mxequentin@uaemex.mxfernando.lopez-vera@uam.esg.ramos@igme.esgzo@nuclear.inin.mxleemp@correo.azc.uam.mx10 Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaGradoDr.Dra.Dra.Dra.M. G.Dra.Dr.Dr.Dr.Dra.Dra.Dr.M. Sc.Dr.Dra.Dra.NombreIgnacio MorellIrene De BustamanteIrma Rosas PrezIrma Vila PintoJos Emilio Bar SurezJos Luis Corvea PorrasJos Llamas SiendonesJos Manuel Murillo DazJuan Antonio Garca AragnJuana Mara Sanz GarcaJuliana Baitz VivianiKhalidou M. BLilliana Arrieta QuesadaLucas Fernndez ReyesMara Anglica Mondaca J.Mara Vicenta EstellerAlberichEmpleo y AdscripcinCatedrtico de Hidrogeologa, Instituto Universitario dePlaguicidas y Aguas. Universidad Jaime I, Castelln,Espaa.Profesora Titular del Departamento de Geologa,Universidad de Alcal, Espaa.Directora, Programa Universitario de Medio Ambiente eInvestigadora, Centro de Ciencias de la Atmsfera,Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Mxico.Investigadora, Laboratorio de Limnologa, Departamentode Ciencias Ecolgicas, Facultad de Ciencias,Universidad de Chile, Chile.Profesor, Facultad de Planeacin Urbana y Regional,Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Mxico.Especialista ambiental. Jardn Botnico. Pinar del Ro,Cuba.Fundador, Centro Interamericano de Recursos del Agua,Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma delEstado de Mxico, Mxico.Ingeniero de Minas, Instituto Geolgico y Minero deEspaa (IGME).Profesor Investigador, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.Directora del CITME (Crculo de Innovacin enTecnologas Medioambientales), Universidad de Alcal,Espaa.Profesor Investigador, Laboratorio de Modelos Fsicos,Instituto de Geociencias, Universidad de Sao Paulo,Brasil.Profesor Investigador, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.Consultora internacional en derecho ambiental,Profesora, Universidad de Costa Rica y Universidad deLa Salle, Costa Rica.Investigador, Centro de gerencia de programas yproyectos priorizados (GEPROP), Cuba.Directora del Departamento de Microbiologa, Facultadde Ciencias Biolgicas, Universidad de Concepcin,Chile.Profesora Investigadora, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.e-mailmorell@exp.uji.esirene.bustamante@uah.esiarp@troposfera.atmosfcu.unam.mxlimnolog@abello.dic.uchile.clbarosuarez@hotmail.comcorvea@jbpr.vega.inf.cujm.murillo@igme.esjgarcia@uaemex.mxJuana.sanz@uah.eskhalidou@uaemex.mxliliarrieta@hotmail.comlfernandez@geprop.cummondaca@udec.clesteller@uaemex.mx11Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editorese-mailsalgot@ub.edupatovior@geociencias.unam.mxpap@nuclear.inin.mxpcisneros@cps.ucm.esrgarrido@ufba.brremigala@mail.epn.edu.ecrhirata@usp.brsuelyspm@uol.com.brconzonno@yahoo.comGradoDr.Dra.Dr.Dra.M. Sc.M.Sc.Dr.Dra.Dr.Dr.NombreMiquel Salgot de MarcayPatricia MiretzkyPedro vila PrezPilar Cisneros BritoRaymundo GarridoRemigio Galrraga SnchezRicardo HirataSuely Schuartz PachecoMestrinhoVctor Campos A.Vctor ConzonnoEmpleo y AdscripcinCatedrtico, Unidad de Edafologa, Facultad deFarmacia, Universidad de Barcelona, Espaa.Profesora-investigadora. Instituto de Geociencias,Universidad Nacional Autnoma de Mxico.Gerente, Instituto Nacional de InvestigacionesNucleares, Centro Nuclear Dr. Nabor Carrillo Flores,Gerencia de Ciencias Ambientales, Mxico.Profesora de Comunicacin Social. Facultad de CC.Polticas y Sociales, Universidad Complutense, Espaa.Profesor, Universidad Federal de Baha, Brasil.Ex-Secretario de Recursos Hdricos de Brasil.Profesor, Departamento de Ciencias del Agua, EscuelaPolitcnica Nacional, Ecuador.Profesor Investigador, Instituto de Geociencias,Universidade da Sao Paulo, Brasil.Investigadora - Consultora en Recursos Hdricos, Centrode Investigacin y Extensin, Universidad Catlica deSalvador, Brasil.Profesor del Departamento de Microbiologa, Facultadde Ciencias Biolgicas, Universidad de Concepcin,Chile.Investigador. Consejo Nacional de InvestigacionesCientficas y Tcnicas (CONICET-Argentina)iCarlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresPrlogoEn nuestro planeta el agua se encuentra en todas partes, en los mares, en las selvas y praderas, en los ros,lagos y pantanos, incluso en los desiertos ms ridos y en las calotas glaciares. Hay agua en las entraasvolcnicas y en las altas capas de la atmsfera. No hay proceso terrestre ni biolgico que no la involucre dealguna manera, directa o indirectamente.Tambin en la vida de las sociedades el agua juega un papel principal e inevitable. No slo es un elementoindispensable de la fisiologa humana, sino que permite la produccin agrcola e industrial, el funcionamiento delas grandes ciudades, y por supuesto, la preservacin y salud de los ecosistemas naturales.A pesar de su trascendental importancia, reconocida universalmente por todas las culturas, la ciencia moderna,a menudo reduccionista, ha pasado por alto el carcter abarcativo y holstico del fenmeno hdrico, mostrndoseincapaz de enfocarlo en forma integrada y sabia, como correspondera de acuerdo a su esencialidad vitalindiscutible.Durante muchos milenios, a travs de enfoques espirituales, los pueblos nativos de Amrica haban logradopreservar la mayor parte de los recursos hdricos del continente sin mayor deterioro ni degradacin.Para ellos el agua era y es sagrada, de alguna manera en ella residen los espritus de los ancestros, la sangrede la tierra, la fuerza de la fecundidad, el porqu de la vida. No necesitaron estudios sesudos de laboratorio paracomprender estas verdades.En el mundo de la ciencia industrial, saturado de informacin especializada y compleja, no qued muchoespacio para los espritus. Tampoco se tomaron en serio las precauciones que las comunidades indgenasasumieron al adoptar y desarrollar sus prcticas ambientales y culturales.En su bsqueda afanosa del conocimiento, los cientficos se especializaron ms y ms en asuntos cada vezms restringidos. Perdieron la nocin del todo, de la integralidad de la naturaleza.Y en ese camino de la especializacin a menudo se olvidaron del ms esencial y general de los elementosnaturales, el agua.Por esa razn, en este mundo contemporneo donde nos toca vivir, resulta tan complejo encarar el estudio delagua. Hay demasiados puntos de vista y pocas vas de comunicacin que permitan relacionarlos.An ms difcil es armonizar las decisiones y acciones humanas para utilizar, gestionar y preservar el agua ensus mltiples formas y regmenes.Desde el punto de vista cientfico el agua atraviesa transversalmente todas las disciplinas. El tema hdrico esmultidisciplinario por definicin.Tal vez por eso mismo es que son casi inexistentes los especialistas en el lquido vital.ii Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaEl agua es objeto de estudio en las ciencias fsicas y qumicas, en las ciencias de la tierra, en la biologa y laecologa, en la economa y las ciencias sociales y humanas, en la cultura y la religin. Es tambin un elementoo herramienta imprescindible en las reas constructivas y productivas, en la ingeniera, en la agronoma, en lamedicina, en la poltica.La coordinacin de todos estos profesionales y especialistas con pticas tan variadas, es muy difcil, a vecescasi imposible.Sin embargo, no parece viable desarrollar una calidad de vida humana y social saludable y prspera sinintegrar todas esas partes que parecen funcionar en forma tan separada.De eso se trata. De hacer realidad la interdisciplinariedad en las especialidades hidrolgicas, en las quepodramos llamar ciencias del agua.Este trabajo complejo elaborado y compilado por Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich yFernando Lpez-Vera, es indudablemente un avance importante en ese sentido.Los editores han recorrido prcticamente todo el espectro relacionado con el agua permeando todas lasactividades humanas.En este completsimo tratado, un selecto equipo de profesionales relacionados con el agua encaran losdiferentes puntos de vista: los aspectos climatolgicos e hidrolgicos, la hidrogeologa, la hidroqumica, lametodologa y herramientas de anlisis, las polticas de conservacin y gestin de los recursos hdricos, losestudios econmicos y financieros, los impactos ambientales y sociales, los temas de gnero, en fin, todas lasfacetas de esta compleja temtica.Consideramos que con el libro Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica losestudiosos tendrn una fuente de formacin e informacin que habr de inspirarlos para participar en el desarrollode las nuevas estrategias transdisciplinarias del futuro.Estas se habrn de elaborar a travs de la ciencia, de los conocimientos integrados y holsticos, y an msesencialmente, a partir de los enfoques espirituales de las culturas y las enseanzas del mundo natural que nosprecedi desde el principio de los tiempos.De esa manera, pensamos, ojal que as sea, que el agua podr volver a constituirse en el principal factor desobrevivencia y armona ambiental y social en el planeta.Danilo Antndanton@chasque.netSan Jos 1018 Ap. 203Montevideo, Uruguay(598-2) 9004439iiiCarlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresMensaje de los editoresEl agua como fuente de vida y en el desempeo de sus funciones: sociales, ambientales, econmicas yculturales, condiciona el desarrollo de una regin, nacin o continente, pues, la concentracin urbana, elincremento de la superficie de riego para la produccin de alimentos y la creciente contaminacin someten alos recursos hdricos a una fuerte presin que no es posible soportar originando situaciones de crisis. As,mientras en ciertas localidades la satisfaccin de las necesidades en agua de sus habitantes representa unesfuerzo cotidiano, en otras, el desperdicio es una prctica generalizada pero inadmisible.Sin duda alguna en el mediano y largo plazo, la tendencia actual en el uso del agua es simplemente insostenible.No es posible sufragar permanentemente el costo econmico, social y ambiental de abastecer a las grandesurbes con escurrimientos superficiales importados desde enormes distancias, de agotar los acuferos o dealterar la calidad de las aguas rebasando lmites de renovacin econmicamente factibles. Tampoco es posibleenfrentar el problema del agua como si la disponibilidad del recurso fuera ilimitada y gratuita.Estas prcticas depredadoras del recurso agua han colocado, hoy en da, en el umbral del colapso laproduccin de alimentos para los futuros pobladores del planeta Tierra. En efecto, estas prcticas inexplicablesdel ser humano han logrado erosionar la economa de las naciones a tal grado que degradan el medio ambiente,gota a gota y desmoronan, poco a poco, la esperanza de una mejor calidad de vida de sus pobladores.El primer paso para mitigar esta apocalptica situacin y hacer posible un aprovechamiento sostenible delagua, es poseer el conocimiento de las causas que originan su escasez, as como de las principales herramientaspara corregir el problema. An cuando esta obra est orientada a lectores en formacin a nivel profesional, yprofesionales en prctica, con estudios en ingeniera, ciencias del agua, ciencias ambientales, planeacin,economa y carreras afines, cualquier lector encontrar informacin que le permitir entender y profundizarconocimientos bsicos y avanzados acerca de los recursos hdricos. A lo largo de nueve secciones se abordanlos principales aspectos del ciclo hidrolgico con relacin a su cantidad, calidad, implicaciones ambientales,econmicas y su gestin. Este libro ha sido concebido principalmente para todos aquellos que deseen incursionar y aprender acercade los recursos hdricos. La obra ha sido diseada para introducir al lector en cada uno de los tpicos tratadosy subrayar la teora y conceptos bsicos. Igualmente, el lector encontrar aplicaciones reales y concretas enestudios de caso que han sido seleccionados de la prctica profesional desarrollada en Iberoamrica.La mayor parte de los textos de esta naturaleza son de origen norteamericano y tienden a estar basados eninformacin y prctica profesional desarrollada exclusivamente en los Estados Unidos de Norte Amrica. Estelibro ha pretendido reunir los avances ms recientes de la prctica profesional en el rea e incluir los desarrollosy aplicaciones de la ciencia y tecnologa en recursos hdricos de los pases iberoamericanos.iv Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaLa edicin del presente libro ha sido posible gracias a los apoyos otorgados por el Programa Iberoamericanode Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED) Subprograma XVII Aprovechamiento y Gestin deRecursos Hdricos: Red XVII A. Red de Vulnerabilidad de Acuferos y Red XVII D. Red Iberoamericana dePotablizacin y Depuracin del Agua (RIPDA-CYTED), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa (CONACYT-Mxico), Secretara de Investigacin y Estudios Avanzados de la Universidad Autnoma del Estado de Mxico(SIEA-UAEM), Centro interamericano de Recursos del Agua (CIRA), Facultad de Ingeniera de la UniversidadAutnoma del Estado de Mxico (Mxico), la Universidad Autnoma de Madrid (Espaa) y la Latin AmericanWater Education Training Network (LA-WETnet).De igual manera, es de destacar que la elaboracin del presente material ha consolidado los lazos de amistady colaboracin de ms de cuatro decenas de profesores, investigadores y profesionales de los recursos hdricosde Iberoamrica.Los editores desean expresar su agradecimiento a todas las personas e instituciones que han hecho posibleesta obra. Particularmente se expresa el agradecimiento a todos y cada uno de los autores de los captulos, porcompartir sus conocimientos y experiencias cientficas y tecnolgicas. Se agradece y reconoce, en su ms altaexpresin, todos los apoyos logsticos y financieros que han sido el pilar de este libro, el cual pretende ser degran ayuda para el desarrollo de los pases iberoamericanos.Es anhelo sincero de los editores que el esfuerzo y dedicacin invertidos en la elaboracin del presente libro,puedan proporcionar al lector las herramientas necesarias y suficientes para la comprensin de los diversosconceptos bsicos y avanzados en materia de recursos hdricos aqu presentados.Los editoresI-1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.1. EL DOMINIO DEL AGUA Y SUS CICLOSGeneralidadesde los recursoshdricosSECCIN II-2SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaI-3Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.1. EL DOMINIO DEL AGUA Y SUS CICLOSIntroduccinLa ciencia, la sociedad y los gobiernos se encuentran estructurados sectorialmente, esto hace que el agua yla mayora de los problemas relacionados con ella se aborden de forma sesgada y simplificada; a ellotambin ha contribuido el planteamiento pragmtico que han mantenido tradicionalmente los hidrlogos ehidrogelogos. Sin embargo, los estrechos vnculos entre el agua, el medio ambiente y la creciente dificultad desatisfacer las demandas de agua, han puesto de manifiesto la complejidad del problema y la necesidad deplanteamientos globales y soluciones integradoras.Por otra parte, la disponibilidad de tcnicas de obtencin de datos globales, como las imgenes de satlitey el desarrollo de algunas disciplinas hacen revisar y replantear algunos tpicos referentes al agua.Sin duda, el agua es una sustancia abundante en la Tierra y el principal constituyente de los seres vivos,asimismo es una importante fuerza que constantemente est cambiando la superficie terrestre. La importanciaeconmica del agua y la necesidad de controlar sus eventos ms extremos y devastadores, tales comoinundaciones y sequas, fue comprendida desde pocas muy tempranas. Estos efectos se han valorado mscuando el crecimiento demogrfico, la contaminacin y la creciente demanda han convertido al recurso hdricoen un bien escaso. Sin embargo, aunque cada da se extiende ms, an no est plenamente aceptada la idea deque el desarrollo social (en cuanto a bienestar y calidad de vida se refiere) y econmico tiene lugar en el medioambiente como escenario natural. Tampoco se ha reconocido totalmente el papel que juega el agua en laconservacin de la naturaleza.En el campo de la calidad medioambiental, por ejemplo, el agua se trata principalmente de forma pasiva y seolvida su papel como vehculo de solutos, mvil y qumicamente activa. En la ecologa terrestre, los procesossubsuperficiales del agua han quedado ocultos por enfoques de caja negra; con frecuencia tambin se olvidala estrecha relacin de la escorrenta con el clima, que a su vez se asocia con la degradacin del suelo debidoa problemas hdricos.El medio ambiente, la economa y la sociedad, constituyen los tres elementos fundamentales del desarrollosostenible. La sociedad cada vez se encuentra ms implicada en los problemas relacionados con el agua, yactualmente no se comprende una gestin del agua sino desde el enfoque social de la misma. Sin embargo, elagua es con frecuencia objeto de una gran emotividad para amplios sectores de la sociedad, lo que dificulta unagestin racional eficiente.En esta seccin se pretende dar una visin global de las aguas continentales, abordndose temas como losciclos del agua, el ciclo hidrolgico, los ecosistemas acuticos y cmo es que la sociedad percibe los problemashidrolgicos y ambientales.I-4SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaI-5Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.1. EL DOMINIO DEL AGUA Y SUS CICLOSCaptulo I.1. El dominio del aguay sus ciclosA comienzos del siglo XX el geoqumico ruso Vernadsky clasific en tres grandes dominios o geosferas quedenomin atmsfera, hidrosfera y litosfera para designar el espacio de distribucin predominante deelementos gaseosos (atmosfricos), del agua o compuestos lticos (terrgenos). El agua (H2O) puede existir endiversos estados fsicos: gaseoso (como vapor), lquido, slido, combinada qumicamente, absorbida (incluidaen la estructura cristalina) o adsorbida (adherida la superficie de cristales minerales). Segn Baskov (1983) esposible encontrar agua en cantidades apreciables en una zona comprendida entre la tropopausa (lmite entrela troposfera y la estratosfera) que se encuentra a unos 6-16 km sobre la superficie terrestre y la isoterma de1,100C. Esta isoterma se encuentra a 15-20 km de profundidad bajo zonas de volcanismo activo y a 200-250km bajo plataformas antiguas de la corteza continental.1El agua se incorpor a la Tierra desde las tempranas fases de formacin, al colisionar cuerpos planetariosformados por hielo de agua y otros gases, con otros formados por silicatos y metales. Continu incorporndoseagua hasta la fase cataclsmica, terminada hace aproximadamente tres mil millones de aos, cuando la superficiedel planeta sufri un intenso bombardeo csmico al caerle una ingente cantidad de materiales (meteoritos,asteroides y cometas), resultantes de la formacin del Sistema Solar. Los efectos de esas fases an se conservansobre la superficie de la Luna o Mercurio, al carecer stos (al contrario que la Tierra) de una dinmica corticalque borrara las huellas de los impactos.El vapor de agua aportado por la colisin de cuerpos planetarios helados (por ejemplo cometas), junto conla desgasificacin del agua atrapada en el manto en las etapas primigenias, y la feliz circunstancia de un efectoinvernadero moderado en la atmsfera, hacen de este planeta el nico que se conozca en el Sistema Solar en elque fsicamente es posible la existencia de agua sobre su superficie en los estados slido, lquido y gaseoso. Lacantidad de agua en la Tierra se ha mantenido constante a lo largo de los tiempos geolgicos, aunque ladistribucin sobre su superficie ha variado.El agua est sometida a una dinmica impulsada principalmente por las energas trmicas del Sol o delinterior de la Tierra y la fuerza de la gravedad, que hacen que est en continuo movimiento. El modelo dinmicoes conocido como ciclo del agua, auque dentro de la hidrosfera no cabe hablar de un nico modelo de ciclo delagua sino de varios modelos, como ilustra la figura 1.El modelo ms conocido es el que afecta a la superficie terrestre, mismo que soporta la biosfera y describela transferencia de agua del mar a la atmsfera, a los continentes y retorna al mar. Normalmente cuando se hacereferencia al ciclo del agua se habla de este modelo e incluso errneamente se le suele denominar global; sinembargo, en la hidrosfera se identifican otros modelos. En la corteza ocenica el agua del mar se infiltra y1. El espesor de la corteza continental es de 50-70 km, mientras que el de la corteza ocenica es de 5-8 km.I-6SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaEn el interior de la corteza continental el modelo del ciclo es diferente. El agua se mueve convectivamente porla actividad magmtica y por las fuerzas de presin tectnicas.Ninguno de estos modelos constituyen ciclos cerrados; por el contrario, existe entre ellos intercambios de flujo.El que se puede denominar modelo ocenico (por mover fundamentalmente agua marina) comparte con el ciclosuperficial o meterico (por estar integrado por aguas metericas) el agua del mar. A su vez ste presenta unintercambio de agua con el ciclo de aguas continentales profundas, dominada principalmente por agua deformacin (por ser agua ligada a las rocas desde el momento de su formacin) aunque participa tambin de aguameterica que percola en profundidad y agua de origen profundo (mantlico) producida por la desgasificacindel manto terrestre (figura I.1.1). Todos los tipos de agua que intervienen mayoritariamente en los distintos modelospueden diferenciarse no slo por la composicin qumica de las sales disueltas sino tambin por el contenidoisotpico del oxgeno e hidrgeno.De los diversos modelos de ciclos de agua que se reconocen en la hidrosfera es de particular inters elintegrado por las aguas metericas, pues es el que sustenta la forma de vida en la Tierra. Los modelos restantesson de inters para el gelogo petrlogo, mineralogista o geoqumico.El volumen total del agua en la hidrosfera se considera constante a travs del tiempo geolgico, pues aunqueexiste una pequea fuga de vapor hacia el espacio exterior se estima que sta es compensada por la que aportacircula bajo la atraccin de la gravedad por poros y fisuras de las rocas hasta que calentada por el flujogeotrmico asciende en forma convectiva, descargndose en los fondos de los rifs a travs de chimeneas deaguas calientes o bien de forma difusa en el fondo ocenico originando procesos hidrotermales (figura I.1.1).Figura I.1.1. Distintos modelos de ciclo del agua en la hidrosfera terrestre. Las elipses indican ciclos del agua.Fuente: Modificado de Lpez-Vera,1996.I-7Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.1. EL DOMINIO DEL AGUA Y SUS CICLOSla desgasificacin del manto terrestre y que constituye una fuente de agua planetaria. Sin embargo, el volumentotal puesto en juego en los distintos modelos de ciclos del agua ha variado en el tiempo geolgico, debido alos cambios dinmicos que ha sufrido la corteza terrestre.A pesar de que no existe unanimidad acerca de dnde establecer el lmite de las aguas subterrneas queintervienen directamente en el ciclo meteorolgico, y por tanto resulta difcil su cuantificacin se estima ladistribucin mostrada en la tabla I.1.1.El ciclo del agua se define como la transferencia de uno a otro reservorio y presenta como caractersticaimportante el tiempo de residencia, esto es, el tiempo promedio que una molcula de agua permanece en unreservorio antes de ser transferido a otro. El tiempo de residencia proporciona una idea de la velocidad del flujoen cada uno de ellos, es decir, de su dinmica. Si se le considera un ciclo global nico, el tiempo de residencia(Tr) se calcula como el volumen de reservorio V (L3) dividido entre el flujo total de entrada o salida del reservorioQ (L3/T).Tr = V / Q [I.1.1]La tabla I.1.2 muestra los tiempos de residencia estimados para los distintos reservorios, en ella se observaque la atmsfera es un reservorio relativamente pequeo, un volumen de agua pequeo con un flujo rpido queTabla I.1.1. Distribucin del agua en los diferentes reservorios del ciclo de agua meterica.ReservorioOcanos y maresHielo y nieveAgua subterrneaDulceSaladaAgua superficialLagos de agua dulceLagos salinosMarjalesRosHumedad del sueloAtmsferaBiomasaPorcentaje de agua total96.51.80.760.930.0070.0060.00080.00020.00120.0010.0001Porcentaje de agua potable*69.630.1-0.260.030.0060.050.040.003* Con salinidad menor de 1000 mg/L (Maidment,1993).Tabla I.1.2. Estimacin del tiempo medio de residencia del agua en cada reservorio.Fuente: Modificado de Shiklomanov,1997.ReservorioOcanos y maresHielo y nieveAgua subterrneaDulceSaladaAgua superficialLagos de agua dulceLagos salinosRosHumedad del sueloAtmsferaBiomasaVolumen de aguaasignado(km3 x 106)1,3382410-0.0910.0850.0020.070.0120.001Tiempo de residencia2,500 aos10,000 aosDecenas a miles de aos17 aos150 aos15-20 das2 semanas-1 ao8-10 dasAlgunas horasI-8SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamricase mueve a travs de ella; as, el tiempo de residencia es corto. Por el contrario, el ocano es un gran reservoriocon un tiempo de residencia del orden de miles de aos.El tiempo de residencia para las aguas subterrneas, incluidas las aguas salinas con un volumen mucho menorque el de los ocanos, es de aproximadamente 20 mil aos, lo que da idea de la lentitud de su flujo; es una delas principales caractersticas que las definen. Sin embargo, este flujo es muy variable pues las aguas dulcespoco profundas pueden tener un tiempo de residencia ms corto que la media, mientras que las aguas profundastienen flujos de miles de aos. Otro aspecto importante del ciclo del agua es el conocimiento de su fenomenologa,esto es, cmo se produce esta transferencia de agua y qu fenmenos incluye (figura I.1.2).Un factor que se debe tener en cuenta es que una gota que participe del ciclo del agua no tiene porque recorrertodos los reservorios, pues existen cortocircuitos, de forma que no toda el agua de la atmsfera procede delmar, tambin puede proceder de la evaporacin y transpiracin por las plantas. No toda el agua que se infiltraa travs de la superficie del suelo se incorpora a los acuferos, una parte importante es retenida como humedaddel suelo y evaporada a la atmsfera, y as sucesivamente. El conocimiento preciso de los diversos procesosque se producen en el ciclo del agua se abordar en captulos ulteriores. No obstante el indudable interscientfico por el ciclo del agua, para efectos prcticos lo ms importante es su cuantificacin en un espaciogeogrfico determinado, y esto constituye el ciclo hidrolgico.Figura I.1.2. Principales fenmenos que intervienen en el ciclo del agua.I-9Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.2. EL CICLO HIDROLGICO Y EL BALANCE HDRICOCaptulo I.2. El ciclo hidrolgicoy el balance hdricoSi el ciclo del agua es un modelo conceptual que supone una abstraccin de la dinmica del agua meterica,su aplicacin a un espacio geogrfico concreto y su cuantificacin permite obtener un modelo operativo.Todo estudio o actividad relacionada con el agua tiene que enmarcarse en el contexto del ciclo hidrolgico,para ello, el primer paso consiste en definir el espacio geogrfico. Este puede ser un espacio natural, como unacuenca hidrogrfica, o antrpico, como una ciudad, que se puede considerar como un sistema. En segundolugar es importante comprender las diferencias que se presentan entre los elementos integrantes del ciclo (figuraI.2.1) para cada espacio especfico.En los procesos generadores de precipitacin existen notables diferencias en distintas zonas (precipitacionesfrontales, convectivas, orogrficas, ciclones tropicales, monzones, etc.), lo que da como resultados intensidadesy variaciones de precipitacin muy diferentes, as como la variabilidad temporal y espacial de las mismas.La infiltracin y la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo dependern de la conductividadhidrulica, muy variable entre tipos de suelos y que a su vez depende de su estructura, densidad y configuracinde sus macroporos.La profundidad a partir de la cual recibe la vegetacin el agua, junto con la geologa y las caractersticas dela precipitacin, condicionan la percolacin del agua y recarga de los acuferos. Segn ponen en evidenciaErhard y colaboadores (1979), el origen de las aguas subterrneas vara mucho entre zonas (figura I.2.2). En laszonas hmedas, los acuferos se recargan por las regiones altas de las cuencas y se descargan en las depresioneslocales o en los cauces de los ros aguas abajo. Sin embargo, en las zonas ridas, la recarga se producefundamentalmente a partir del lecho de los cursos fluviales.Figura I.2.1. Elementos que integran el ciclo hidrolgico.Nota: A la escorrenta superficial se le considera la rama corta del ciclo, mientras que la subterrnea constituye la rama larga.I-10SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaDe acuerdo con Falkenmark y colaboradores (1993), los tipos de acuferos tambin pueden ser distintos. Laprofundidad del nivel piezomtrico es un factor clave para acceder al agua mediante pozos y puede variarconsiderablemente entre condiciones hmedas y ridas. En sistemas con un tiempo de renovacin corto estaprofundidad puede modificarse con las estaciones del ao.El esquema general de flujo del agua subterrnea puede variar entre los distintos dominios geolgicos. Laszonas de descarga pueden tener caractersticas muy distintas en diferentes entornos: tierras pantanosas templadas,lagos salinos poco profundos, playas, oasis, manantiales costeros, etc.En el planteamiento correcto del ciclo hidrolgico tambin es importante entender la formacin de la escorrenta.En una cuenca localizada en una regin hmeda, el modelo es el de una onda de avenida que se transmiterpidamente a lo largo del ro durante el periodo hmedo y un caudal de base constante producido por ladescarga de agua subterrnea, que proporciona el caudal asegurado de un ro. El caudal base puedeincrementarse mediante contribuciones del almacenamiento en lagos y embalses. Sin embargo, en zonas ridasno suele existir un caudal base, pues la superficie piezomtica est por debajo del lecho del ro. Comoconsecuencia de las prdidas por infiltracin a travs del lecho, el caudal superficial disminuye aguas abajo ycon frecuencia no llega al punto final de la red de drenaje ms que en situaciones excepcionales.Por ltimo, las aportaciones de un ro tambin pueden clasificarse segn su origen, es decir, si provienen dedepsitos de agua slida como glaciares y neveros, de depsitos lquidos, como lagos y acuferos, o dependeFigura I.2.2. Influencia del clima en el ciclo hidrolgico.Fuente: Tomado de Erhard y colaboradores, 1979.I-11Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO I.2. EL CICLO HIDROLGICO Y EL BALANCE HDRICOdirectamente de las precipitaciones. El efecto principal sobre el caudal de un ro es que su estabilidad aumentacon el incremento del tiempo de renovacin del reservorio que lo alimenta. El segundo efecto se relaciona conlos depsitos de hielo y nieve, pues el deshielo debido a cambios de temperatura estacionales generainundaciones, o bien variaciones ms regulares en el caso de acumulaciones permanentes como glaciares.Cuando las acumulaciones de hielo y nieve no constituyen factores determinantes, existe un marcado contrasteentre los regmenes perennes de los ros en las zonas hmedas y en las zonas ridas. Un caso concreto loconstituyen los ros de zonas ridas cuyo origen est en la zona hmeda, o bien en grandes acumulacionesglaciares como el ro Colorado (EE.UU.) o Indo (Pakistn), o en grandes ros como el Nilo (Egipto).Las diferencias bsicas en trminos climticos, geolgicos y grado de alteracin antrpica generan distintosregmenes de agua del suelo, diferencias en la evapotranspiracin potencial, distintos orgenes y comportamientosdel agua subterrnea, distintos regmenes de aportacin a la red fluvial, etc., que quedan caracterizados en elciclo hidrolgico cuya mejor expresin es el balance hdrico.El balance hdricoRealizar un balance hdrico no es ms que aplicar el principio de conservacin de masas con respecto al flujode agua, en un sistema determinado, es decir, en un espacio geogrfico en el cual se examina el ciclo hidrolgico.Dado que el agua no puede ser creada ni destruida en dicho espacio, este balance puede ser expresado entrminos de:Flujo de entrada Flujo de salida = Relacin en el cambio de agua almacenadaLas unidades de cada trmino de esta ecuacin son iguales a la descarga (L3/T). Este es un balance devolmenes, pero como el agua es incompresible, es tambin un balance de masas. As pues, para establecerun balance hdrico es imprescindible establecer las condiciones de contorno (entradas y salidas medianteflujos superficiales o subterrneos), las caractersticas del medio (almacenamiento, volumen) y el tiempo,este factor es de singular importancia pues influye sobre la exactitud con que tienen que ser valorados losparmetros anteriores.El balance hdrico puede aplicarse a unidades muy diversas y de diferentes escalas (a un acufero de extensinvariada, un embalse, un lago, etc.). Tambin puede aplicarse a sistemas complejos que incluyan varias de lasunidades anteriores. Todo balance hdrico toma la forma: Entrada Salidas + Variaciones en el almacenamiento = Error de cierreEl que un balance normalmente no de cero es debido a que para su realizacin es necesaria la medidaindependiente de cada uno de los trminos de la ecuacin del balance, en la que inevitablemente se tendrnerrores.El error de cierre est en funcin de los errores de los diferentes trminos. Por ejemplo, el balance anual deagua en un lago cuyas entradas se producen por precipitaciones (P), un ro afluente (Q1) y la descarga de unacufero (Q2), mientras que sus salidas se deben a la evaporacin (EV) y un ro emisario (Q3), se formulara:I-12SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOSRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaP + Q1 + Q2 EV Q3 = [I.2.1]Donde es el incremento de almacenamiento o nivel de agua en el lago y es el error de cierre.Cuando se desconoce uno de los trminos del balance comnmente se deduce por diferencia de los trminosrestantes; en estos casos hay que tener en cuenta que el error de cierre que se ha considerado antes puede sersignificativamente ms importante que el valor obtenido.En el ejemplo anterior el periodo considerado era de un ao, pero puede ser de un periodo de tiempovariable. Este intervalo de tiempo debe ser seleccionado en funcin de los resultados perseguidos y de losdatos disponibles, eligindose de tal manera que se minimicen los errores de medida. Tambin es importanteestablecer claramente todas las condiciones de entorno del sistema donde se aplique el balance, y preferentementede tal manera que simplifique el mayor nmero posible de trminos.Al establecer un balance se deben considerar todos los factores geolgicos, hidrolgicos y climticos, comose ha expuesto en prrafos anteriores. Por ejemplo, en regiones crsticas carentes de una cobertura de suelo, lainfiltracin de las precipitaciones puede ser de hasta 70%, sobre todo si las lluvias son cuantiosas; o bien,prcticamente nula con lluvias de unos pocos l/m2, por lo que es importante la distribucin temporal de lasmismas. Algo similar se podra decir de las regiones con clima extremo, regiones ridas y polares, donde tienengran importancia las intensidades sobre el total anual. Lgicamente, en acuferos cautivos y semiconfinados hayque tener en cuenta que la infiltracin eficaz es nula, excepto en la zona de recarga.El balance hdrico, aparte de tratar de cuantificar los recursos disponibles y los flujos de agua puestos enjuego en el ciclo hidrolgico o en una fase del mismo, son tiles porque permiten establecer relaciones entre lasdiferentes variables hidrolgicas.La credibilidad y validez de los resultados obtenidos de los balances hdricos es un tema controvertido, perose ha mostrado como una herramienta til. No obstante, hay que tener en cuenta que se trata de acotaciones deun fenmeno natural complejo y poco conocido en muchos aspectos. Los resultados de los balances hdricossuelen expresarse en cifras redondeadas y para su justa valoracin deben incluirse las condiciones de suestimacin y de la obtencin de los datos de sus elementos.I-13Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresBIBLIOGRAFABaskov, E. A. (1983). The Fundamentals of Paleohydrogeology of Ore Deposits.Springer-Verlag. 253 pp.Erhard, Cassegrain y Margat, et al.(1979). Introduction a lconomie gnralede leau. Bureau de Recherches gologiques et Minires. Cedex, Orleans.Falkenmark, M. y T. Chapman (eds.) (1993). Hidrologa comparada: Un enfoqueecolgico a los recursos hdricos y de suelo. UNESCO IV Fase del ProgramaHidrolgico Internacional. Versin Espaola. Cedex, Madrid.Lpez-Vera, F. (1996). En Muiz, E.; R. Lunar; M. J. Jimnez y M. R. Inciarte.Biologa y geologa. Ed. McGraw-Hill, Madrid. 351 pp.Maidment (1993). Handbook of Hydrology. 2nd edn. McGraw-Hill, N.Y.Shiklomanov, I. (1997). Comprehesive Assessment of the Freshwater Resourcesof the World. World Meteorological Organization. 88 pp.BIBLIOGRAFAII-1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCAHidrologasuperficialSECCIN IIII-2SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaII-3Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCAIntroduccinPlatn y Aristteles probablemente fueron los primeros filsofos que imaginaron la existencia del ciclo delagua, sin embargo incurrieron en errores tales como afirmar que el volumen de agua que fluye sobre lasuperficie de la Tierra era mayor que el volumen de agua que se precipitaba en forma de lluvia. Fue hasta losaos 1500 en que Leonardo da Vinci y Bernard Palissy lograron una correcta comprensin del ciclo hidrolgico,especialmente en relacin con la infiltracin de la lluvia y retorno del agua a travs de manantiales (Campos,1996). Entre los aos 1600 y 1700 naci la moderna ciencia de la hidrologa; en ese periodo el cientfico PierrePerreault lleg a medir el flujo de agua en un ro y estableci por primera vez una relacin entre la precipitaciny el caudal presentes en la cuenca del ro Sena (Pars, Francia). Posteriormente, entre los aos 1700 y 1800 seinici un gran nmero de estudios experimentales hidrulicos que dieron origen a diversos principios hidrulicoscuya validez an es vigente. El siglo XIX signific una gran poca para la hidrologa experimental, pues sedesarroll la hidrometra, particularmente enfocada al aforo de aguas superficiales, establecindose frmulaspara determinar el flujo y se inventaron instrumentos de medida, lo que permiti la medicin sistemtica decursos de agua.Entre 1900 y 1930 se desarrollaron diversos trabajos de hidrologa pero con una base emprica. El periodoulterior, comprendido entre 1930 y 1950, se conoce como un periodo de racionalizacin; surgieron grandeshidrlogos que utilizaron el anlisis racional y se apoyaron en otras ciencias para explicar problemas hidrolgicos.Por los aos cincuenta, las aproximaciones tericas presentaron un uso extensivo en los problemas hidrolgicos,pues diversos principios racionales establecidos en la poca precedente pueden ser sujetos a un verdaderoanlisis matemtico (Campos, 1992). Desde 1950 y hasta la fecha, los desarrollos tecnolgicos no cesaron deaparecer y ahora permiten la solucin de ecuaciones complejas y una aplicacin de teoras sofisticadas a casosreales; lo que permite acercarse a una representacin ms fidedigna de la naturaleza.Los desarrollos cientficos logrados en hidrologa permiten hoy la estimacin de la ocurrencia, en el espacioy en el tiempo, de los diferentes componentes del ciclo hidrolgico con fines de planeacin, mitigacin dedaos y mayor aprovechamiento. Por otro lado, la hidrologa superficial es una rama de la hidrologa queconcierne a todo aquel profesional que se ve involucrado en las tareas de planeacin, construccin y operacinde estructuras hidrulicas con fines de abastecimiento para consumo humano, irrigacin de tierras para laproduccin de alimentos, generacin de energa hidroelctrica y produccin industrial (Wilson, 1974). Enefecto, la hidrologa superficial se ha convertido en una herramienta indispensable para identificar, cuantificar,preservar y gestionar los recursos hdricos de una cuenca o regin hidrolgica. Por ejemplo, si se deseaincrementar el suministro de agua para una ciudad, es necesario identificar fuentes de abastecimiento potencialy evaluar su capacidad para proveer del vital lquido a la regin que as lo demanda, pero tambin es necesarioII-4SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamricaevaluar la capacidad de preservacin del ecosistema que ceder parte de su recurso agua. Complementariamente,la hidrologa superficial es de gran utilidad para el establecimiento de la magnitud probable de eventos extremoshidrolgicos, tales como sequas e inundaciones, con lo cual es posible estimar su caudal (en exceso o deficitario),su duracin y probabilidad de ocurrencia. Cabe mencionar que la cuantificacin de variables hidrolgicasconstituye la informacin imprescindible para iniciar cualquier diseo de infraestructura hidrulica.Sirva pues esta breve resea de la hidrologa como presentacin de los captulos que a continuacin serntratados.II-5Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCACaptulo II.1. Caractersticas fisiogrficasde una cuencaEl anlisis de gran parte de los fenmenos hidrolgicos que ocurren sobre un determinado espacio geogrficosuele tener como referencia a la unidad fisiogrfica conocida como cuenca, que es un espacio geogrfico cuyosaportes hdricos naturales son alimentados exclusivamente por la precipitacin y donde los excedentes de aguaconvergen en un punto espacial nico: la exutoria (Llamas, 1993).La exutoria posee un flujo anual que es determinado por las condiciones climticas locales y regionales, ascomo por el uso del suelo prevaleciente. Las caractersticas fsicas de una cuenca desempean un papelesencial en el estudio y comportamiento de algunos de los componentes del ciclo hidrolgico, tales como laevaporacin, infiltracin, flujo superficial, entre otros. Las principales caractersticas fsicas que se consideranen estudios hidrolgicos son las concernientes a la cuenca, a la red de drenaje y al cauce o ro principal. En latabla II.1.1 se enumeran estos parmetros (Campos, 1992; Chow et al., 1994 y Llamas, 1993).Con base en los avances logrados en los desarrollos tecnolgicos en geoinformtica, no solamente losparmetros citados pueden ser obtenidos automatizadamente por medio de los Sistemas de InformacinGeogrfica (SIG) e informacin altitudinal digital. Diversos algoritmos inscritos en los software pueden derivarlas corrientes superficiales, delimitaciones de cuencas y otros aspectos complementarios.Casi la totalidad de los parmetros fsicos son obtenidos tradicionalmente a travs de clculos manuales. Porejemplo, la elevacin de la cual se desprende la curva hipsomtrica es resultado de la identificacin de rangosaltitudinales y su cuantificacin areal a travs de mtodos como la balanza analtica, uso del papel milimtricoo con el empleo de planmetros mecnicos. Sin embargo, estos procesos se caracterizan por un notableconsumo de tiempo y, en ocasiones, imprecisiones implcitas por la tcnica utilizada.CuencaSuperficiePermetroFormaCoeficiente de compacidadRelacin de circularidadRelacin de elongacinCurva hipsomtrica y elevacin mediaRectngulo equivalentePendienteOrientacinDrenajeOrden de corrientesDensidad de drenajeDensidad hidrogrficaRelacin de bifurcacinRo principalPendienteLongitudCoeficientes de sinuosidadPerfil longitudinalTabla II.1.1. Caractersticas fsicas bsicas a considerar en el estudio hidrolgico de una cuenca.II-6SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaDesde la dcada de los sesenta, los SIG se han consolidado como herramientas sin igual para el anlisis ymodelacin de fenmenos donde lo espacial es parte del objeto de estudio. En efecto, su aplicacin en disciplinasrelacionadas con los recursos naturales tienen un importante desarrollo a nivel internacional (Hunsaker et al., 1993).La representacin digital y continua de los valores de altura del terreno, referidos a un datum en comn y ateselas, es conocida como Modelo de Elevacin Digital del Terreno (MEDT). Un MEDT es una matriz con valoresnumricos igualmente espaciados al interior de una superficie y se constituyen en arreglos de columnas yrenglones de resolucin definida, donde una celda describe el valor de la altura y se asume que el valor escontinuo dentro de cada unidad (pixel o celda).Con objeto de presentar la estimacin de los parmetros fisiogrficos de una cuenca, stos sern calculadosutilizando un caso de estudio, el del Curso Alto del Ro Lerma (CARL) (Estado de Mxico, Mxico). Las caractersticasfsicas de la cuenca del CARL fueron obtenidas con el procesamiento de un MEDT con resolucin de 90 metros,que es la apropiada para un estudio a escala 1:250,000, y los resultados obtenidos estn en funcin de estaconsideracin.Delimitacin del parteaguasEl lmite del rea de estudio, el parteaguas, fue obtenido y digitizado de cartas 1:50,000 para contar con unamejor definicin, as como para contrastar los resultados obtenidos utilizando el MEDT.En la figura II.1.1 se muestra el resultado de la obtencin de cuenca a partir de la superficie altitudinalnumerizada. La lnea color negro indica el parteaguas obtenido tradicionalmente a partir de cartografa conescala 1:50,000. Las lneas discontinuas son el resultado de los algoritmos predefinidos para la obtencin de lasreas de captacin pluvial, en el orden de escala 1:250,000. El rea obtenida a escala 1:50,000 es de 2,116.76km2 contra una diferencia menor a 5% respecto al obtenido automticamente.Figura II.1.1. Delimitacin de cuencas manualmente a escala 1:50,000 (negro) y automticamentea escala 1:250,000 (lnea discontinua).II-7Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCACaractersticas de la cuencaSuperficieLa superficie es considerada como el parmetro fsico bsico que define una cuenca. Usualmente este valor esobtenido planimtricamente a partir de la delimitacin en mapas topogrficos, desde una perspectiva ortogonal,y calculada por mtodos manuales o por medio del Dibujo Asistido por Computadora (CAD, por sus siglas eningls). El rea planimtrica aqu descrita fue obtenida por un proceso que implic la rasterizacin del lmite delparteaguas, asignando un valor de 1 a su interior y 0 al exterior; por medio de lgebra matricial se multipliccon el MEDT y se cuantificaron el nmero de celdas multiplicndose por la resolucin correspondiente. El valorresultante es de 2,117.88 km2.La superficie real es aquella que considera al factor pendiente, que incrementa la dimensin de las superficies,sin embargo la diferencia entre los resultados es despreciable y una evaluacin de tal tipo slo se justificara encasos de cuencas con terreno muy escarpado.PermetroLa longitud del permetro de la cuenca tambin fue obtenida en forma planimtrica y contabilizando el desniveldel terreno; para el primer caso el resultado es de 239.50 km, y 241.79 km para el segundo.FormaLa forma de la cuenca interviene de manera importante en las caractersticas del hidrograma de descarga de unro, particularmente en los eventos de avenidas mximas. En general, cuencas de igual rea pero de diferenteforma generan hidrogramas diferentes. Para determinar la forma de una cuenca se utilizan los coeficientes quea continuacin de describen (Llamas, 1993).Coeficiente de compacidad (Kc). Fue definido por Gravelius como la relacin entre el permetro de la cuencay la circunferencia del crculo que tenga la misma superficie de la cuenca.APKc 282 . 0 [II.1.1]Donde P y A son el permetro y la superficie de la cuenca, respectivamente. Este coeficiente es igual a unocuando la cuenca es perfectamente circular y cuando Kc es igual a 1.128 se trata de una cuenca cuadrada. Estecoeficiente puede alcanzar el valor de tres en el caso de cuencas muy alargadas. En el caso del CARL Kc = 1.481,lo que indica que la cuenca en estudio tiende a un cuadrado, es decir, que su largo y ancho son valores cercanos.Relacin de circularidad (Rci). Este coeficiente es el cociente entre el rea de la cuenca y la del crculo cuyacircunferencia es equivalente al permetro de la cuenca.24PARci

[II.1.2]II-8SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaSu valor es unitario para una cuenca circular y para el caso de una cuenca cuadrada corresponde a un valorde 0.785. En el CARL Rci = 0.455, valor que corrobora la cercana de la forma de la cuenca con un cuadrado.Los resultados de los parmetros de forma indican que la cuenca en estudio est cercana a una simetra en susdimensiones cartesianas, lo que hidrolgicamente implicara hidrogramas casi simtricos en su desembocadura.Relacin de elongacin (Re). Definido por S. A. Schumm como la relacin entre el dimetro (D) de un crculoque tenga la misma superficie de la cuenca y la longitud mxima (Lm) de la cuenca. Lm, a su vez se define comola ms grande dimensin de la cuenca a lo largo de una lnea recta trazada desde la desembocadura hasta ellmite extremo del parteaguas y de manera paralela al ro principal (Campos, 1992; Llamas, 1993).2117.881.128 1.128 1.0748.65D AReLm Lm [II.1.3]El valor de Re se acerca a la unidad cuando la cuenca es plana y para cuencas con relieve pronunciado el valorresultante se encuentra entre 0.6 y 0.8. El radio de elongacin del CARL es 1.07, por lo tanto, a partir de este valorse puede inferir que la cuenca es plana con porciones accidentadas.Curva hipsomtrica y elevacin media del CARLLos datos de elevacin son significativos sobre todo para considerar la accin de la altitud en el comportamientode la temperatura y la precipitacin. La curva hipsomtrica refleja con precisin el comportamiento global dela altitud de la cuenca. Para la generacin de esta curva es necesario un proceso de reclasificacin del MEDT,segn los intervalos deseados y realizar de nueva cuenta un proceso de clculo de rea en cada rango. Esteresultado se condensa en la tabla II.1.2, y la curva y mapa hipsomtricos en la figura II.1.2.Otros datos que pueden ser igualmente obtenidos como producto de este proceso, son la altura mxima, quepara el caso del CARL es de 4,549 msnm, la altitud media (2,848 msnm) y la altitud mnima (2,556 msnm).De acuerdo con la clasificacin de Stahler (Llamas,1993; Campos, 1992), la curva hipsomtrica del CARLcorresponde a la de una cuenca erosionada, y clasificada como de valle o sedimentaria, pues se encuentraen la fase de monadnok (vejez). Por otro lado, con base en un proceso de reclasificacin del MEDT, y conla adecuada asignacin de la gama de colores, puede ser generado un mapa hipsomtrico tal como semuestra en la figura II.1.2.Curvas de nivel (msnm)2,400-2,6002,600-2,8002,800-3,0003,000-3,2003,200-3,4003,400-3,6003,600-3,8003,800-4,0004,000-4,2004,200-4,4004,400-4,600Porcentaje del total28.0831.5515.0611.186.984.372.010.460.230.070.01Superficie entre las curvas (m2)594.79668.16318.89236.85147.7692.6042.679.664.851.470.16Porcentaje sobre el lmite inferior100.0071.9240.3725.3114.1237.152.780.770.310.080.01Tabla II.1.2. Curva hipsomtrica: valores cuantitativos derivados del MEDT.II-9Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCARectngulo equivalentePara poder comparar, de manera preliminar, el comportamiento hidrolgico de dos cuencas se utiliza la nocindel rectngulo equivalente (Llamas, 1993; Campos, 1992). Se trata de una transformacin geomtrica en virtudde la cual se asimila la cuenca a un rectngulo que tenga el mismo permetro y la misma superficie. De estaforma, las curvas de nivel se transforman en rectas paralelas a los lados menores del rectngulo y donde ladesembocadura de la cuenca es uno de estos lados (Llamas, 1993). Los lados del rectngulo estn definidos porla siguiente ecuacin:]]]],,,(,\,(j 21 2 128 . 11 1128 . 1,KcA KcL L [II.1.1]Donde L2 es el lado mayor y L1 el lado menor, y para que esta representacin sea posible es necesario que elcoeficiente de compacidad Kc sea mayor o igual que 1.128. Para el CARL, L2 = 99.57 km y L1 = 21.27 km. Elrectngulo equivalente del CARL se presenta en la figura II.1.3.Figura II.1.3. Rectngulo equivalente del CARL (cotas en msnm).Figura I.1. 2. Curva y mapa hipsomtricos del CARL derivados del MEDT.II-10SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaPendienteLa pendiente de la cuenca tiene una relacin importante con los fenmenos de infiltracin, el escurrimientosuperficial, la humedad del suelo y con la contribucin del agua subterrnea al flujo de los cauces (Campos,1992). Para la obtencin aproximada de la pendiente media de una cuenca se aplica, por lo general, una frmulaque implica el uso de las variables de la elevacin mxima y el permetro de la cuenca. Otros procedimientosms exactos son aquellos en que se realiza la cartografa manualmente; empleando reglas con determinadaspendientes se ajusta a las reas entre curvas de nivel con esos valores y se colorea para indicar el grado deinclinacin del relieve. Sin embargo, estos procedimientos se caracterizan por ser imprecisos y laboriosos.Hoy en da, una vez que se cuenta con el MEDT, se aplica el algoritmo correspondiente, implcito en lamayora de software de SIG, y se calcula el ngulo de inclinacin del terreno considerando los desniveles dealtura de las cuatro celdas ms prximas a la celda en turno. De esta forma, y para cada celda, se obtiene elngulo de inclinacin del terreno en grados; la pendiente ser igual a la tangente del ngulo obtenido. Paraconocer la inclinacin media se realiza un proceso de adicin de todas las celdas y se divide entre el total destas.El ngulo medio de inclinacin y la pendiente media obtenida para el CARL es de 4.88 grados y de 8.54%,respectivamente. La pendiente mnima es prcticamente cero y la mxima de 50%. En la figura 4 se muestran laspendientes en el CARL.Otra ventaja significativa del empleo de los SIG en la obtencin de parmetros fsicos, es la cuantificacinespacial de los procesos de reclasificacin que se hagan sobre el MEDT y productos derivados. La tabla II.1.3muestra la extensin territorial de cada rango de pendientes que se presenta en el mapa de la figura II.1.4.OrientacinLa orientacin es la direccin geogrfica de la pendiente del terreno. Este parmetro interviene en el nmero dehoras que la cuenca es favorecida por la radicacin solar y es un factor primordial en el clculo de la evaporacinpotencial; para el caso de cuencas nrdicas con nieve, la orientacin es importante para conocer cmo es elproceso de fusin de masas slidas de agua.Por lo regular este parmetro es obtenido manualmente con la desventaja de consumir mucho tiempo y acumularimprecisiones. Sin embargo, a partir del MEDT, es posible realizar un proceso para determinar el aspecto uorientacin de las laderas. Este algoritmo es aplicado a cada una de las celdas de la cuenca, por lo que presentamayor precisin; la calidad de los resultados estar en funcin de la informacin geogrfica de base (Palacio et al.,1991).La orientacin del terreno del CARL, agrupada en rangos de 90 se muestra en la tabla II.1.4, donde se observael predominio de las zonas prcticamente sin inclinacin, mientras que los restantes rangos son muy similaresde acuerdo con el rea que ocupan. La figura II.1.5 contiene la expresin territorial de este parmetro fsico.Rangos de pendiente (%)0-22-55-1010-1515-2525-50>50Tipo de terreno (Heras, 1972)LlanoSuaveAccidentado medioAccidentadoFuertemente accidentadoEscarpadoMuy escarpadorea(km2)697.54372.30407.80230.62240.03169.590Tabla II.1.3. Cuantificacin de la superficie por rangos de pendiente y tipo de terreno.II-11Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCADireccin de la pendiente (grados)Zonas planasN 315-45E 45-135S 135-225W 225-315rea (km2)490.67452.71407.14334.38432.98Tabla II.1.4. Orientacin de la pendiente del terreno del CARL.Figura II.1.4. Pendientes del CARL agrupados en cinco categoras.Figura II.1.5. Orientacin de laderas del CARL.II-12SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaCaractersticas del drenajeEl modelo de elevacin digital implcitamente contiene las propiedades del relieve tales como la altitud, laorientacin de las laderas y, con base en la discretizacin por celdas, las caractersticas del terreno en lo que serefiere a la delineacin de los flujos hidrolgicos. As, la red de drenaje puede derivarse a partir de la aplicacinde las funciones que generan para cada celda la direccin del flujo.La direccin del flujo es determinada por el encuentro de la direccin del escalonamiento descendente decada celda del MEDT. De acuerdo con Jenson y Domingue (1988), la frmula que se aplica para cada celdaasociada a las ocho celdas circundantes es la siguiente:Descenso del flujo = cambio en el valor de la altitud Z / distancia * 100. [II.1.5]Una vez obtenida la direccin de flujo, fuente de datos para el proceso de acumulacin de flujos, se obtienela red hidrolgica. La acumulacin de flujos es el recuento de los valores de la direccin de flujo en un sentidode arriba hacia abajo, que implcitamente contiene el MEDT.A partir del MEDT del CARL se aplicaron los procesos para la obtencin de la direccin de flujo y suacumulacin. El resultado de este proceso se muestra en la figura II.1.6.Es de resaltar que en el valle del CARL se presenta una acumulacin excesiva de flujos (ros). Esto en granmedida responde a dos consideraciones: a la resolucin del modelo de elevacin digital y a la mancha urbanadel rea metropolitana de la ciudad de Toluca, que altera de manera significativa los patrones originales de flujohidrolgico. La planicie natural se ha visto modificada por el movimiento de las fronteras urbanas, en donde losros y cauces naturales se han convertido en parte del drenaje urbano. Los rasgos antrpicos que inciden sobrelos cauces naturales no han sido representados en la cartografa existente y por tal razn no son reconocidos porel MEDT. Es importante sealar que, para la generacin de los datos relativos a la red de drenaje, se emple lainformacin contenida en las cartas a escala 1:50,000.Figura II.1.6. Red hidrolgica del CARL.II-13Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCAOrden de corrientes y relacin de bifurcacinHorton (1945)desarroll un sistema para ordenar las redes de ros, que posteriormente fue ligeramentemodificado por Strahler (1964); dicho sistema es conocido como Horton-Strahler y hoy en da es el mtodoms comnmente utilizado (Chow et al.,1994). La figura II.1.7 muestra el orden de las corrientes existentes enel CARL.Por otro lado, Horton tambin introdujo el concepto de relacin de bifurcacin (Rb) para definir el cocienteentre el nmero de cauces de cualquier orden y el nmero de corrientes del siguiente orden superior ( 1 + uN ), con:1 +

uuuNNRb y

+

+++

51 151 1) () (i i ii i i iN NN N RbRb. [II.1.6]U (orden)1 2 3 4 5Nu1622 403 88 29 1Rbu4.02 4.58 3.03 29De acuerdo con Campos (1992), las relaciones de bifurcacin varan entre 3 y 5 para cuencas en las cuales lasestructuras geolgicas no distorsionan el modelo de drenaje. Para el caso particular del CARL es 4.36.Figura II.1.7. Orden de las corrientes del CARL.II-14SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaDensidad de drenaje y densidad hidrogrficaLa densidad de drenaje es un parmetro fsico que refleja la dinmica de la cuenca, la estabilidad de la redhidrogrfica y el tipo de escorrenta de la superficie. En general, es la relacin entre la longitud de los canalesde flujo y la superficie de la cuenca (Llamas, 1993).Generalmente, para el clculo de la densidad de drenaje del rea en estudio se proceda a la vectorizacin delmapa de la red hidrolgica y la generacin de topologa lineal, para que de forma automtica se generaranvalores de longitud de cada segmento, los cuales se sumaban para luego dividirlos entre la superficie de lacuenca.Este proceso resulta ser bastante burdo por la generalizacin que se hace al considerar toda la extensinterritorial de la cuenca. La obtencin de este parmetro por unidades ms pequeas y homogneas puede serobtenido a travs del SIG, y generar con ello un panorama ms detallado (Lugo, 1991).Al interior del CARL se elabor una malla de 2x2 km. Una vez vectorizados los fluvios fueron sobrepuestostopolgicamente con las celdas; se aplicaron procesos de sumatorias y se obtuvo para cada celda la longitudde fluvios, dato que fue dividido entre el rea de cada delda (4 km2) y apartir de esos resultados se gener elmapa de densidad de drenaje que se muestra en la figura II.1.8.Al observar la red hidrolgica (figura II.1.6), las reas con una mayor densidad de drenaje corresponden a lasubicadas en las laderas de los sistemas montaosos de la cuenca. En las vertientes del Nevado de Toluca y parteoccidental de la Sierra de las Cruces se presentan los valores ms altos de densidad de drenaje, con valores dehasta 2.272 km/km2. Segn Schumm (Llamas, 1993), el valor inverso de la densidad de drenaje, denominadoconstante de estabilidad del ro, representa fsicamente el nmero necesario de metros cuadrados para mantenerlas condiciones hidrolgicas estables en un vector hidrogrfico de un metro de longitud. En el valle se obtuvieronvalores de cero al no haber informacin suficiente de la red de drenaje, pues se requiere de un estudio de mayordetalle y profundidad para calcular los sistemas de drenaje urbano.Figura II.1.8. Densidad de drenaje para celdas de 4 km2.II-15Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editoresCAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCAPor otro lado, la densidad hidrogrfica representa el nmero de canales de flujo por unidad de superficie.Este parmetro debe interpretarse como el nmero de cauces por kilmetro cuadrado necesarios paramantener las condiciones de drenaje en la cuenca. Tres cauces por kilmetro cuadrado fue el valor promediode la densidad hidrogrfica del CARL. La figura II.1.9 muestra la distribucin espacial del valor de densidadhidrogrfica.CARACTERSTICAS DEL RO PRINCIPALLongitudEl desarrollo longitudinal del colector principal es una magnitud caracterstica til y de efecto importante en larespuesta hidrolgica de la cuenca, debido a que en un ro corto los efectos de la precipitacin se reflejan msrpidamente que en un ro largo (Klohn, 1970). La longitud del ro principal es la distancia entre la desembocaduray el nacimiento del mismo.En el caso del CARL, el cual est considerado desde su nacimiento hasta la cortina de la Presa Jos AntonioAlzate, la longitud del ro Lerma es de 50.2 km.Perfil longitudinal y pendiente media del roEl perfil longitudinal es un grfico que representa las distintas elevaciones del fondo del ro desde sunacimiento hasta la desembocadura de la cuenca. La forma del perfil vara entre lineal, exponencial ologartmica. El vector que representa al colector principal es fcilmente ubicado y su longitud es un atributobsico. La longitud del ro Lerma y su pendiente promedio al interior del CARL son respectivamente Lro =50.2 km y Sro = 0.11% (figura II.1.10).Figura II.1.9. Densidad hidrogrfica del CARL.II-16SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIALRecursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en IberoamricaCoeficientes de sinuosidadOtras longitudes caractersticas del colector principal son las llamadas longitud del valle (Lv) y la longituddirecta (Ld) (Llamas, 1993). Con la evaluacin de los parmetros del ro Lro, Lv y Ld se estiman los coeficientes desinuosidad topogrfica (St) e hidrulica (Sh) definidos por las ecuaciones siguientes.02 . 12 . 49 2 . 50 vrotLLS [II.1.7]16 . 125 . 43 2 . 50 drohLLS [II.1.8]Los valores correspondientes de sinuosidad para el CARL son St = 1.02 y Sh = 1.16. De acuerdo con Campos(1992), se puede clasificar al ro Lerma, dentro del Curso Alto, como cauce recto pues su sinuosidad hidrulicaes menor a 1.25 y la longitud del tramo es diez veces mayor que la seccin transversal del cauce.De forma tabular se resumen a continuacin los resultados obtenidos en la estimacin de las caractersticasfisiogrficas del CARL; para cada uno de los anli