swat2005-theo-doc-spanish.pdf

7/23/2019 swat2005-theo-doc-spanish.pdf

1/414

Herramienta deEvaluacin de Suelo yAgua

Documentacin Terica

Versin 2005

S.L. NEITSCH, J.G. ARNOLD, J.R. KINIRY, J.R. WILLIAMS

JANUARY, 2005

GRASSLAND, SOIL AND WATER RESEARCH LABORATORY A GRICULTURAL RESEARCH SERVICE808 EAST BLACKLAND ROAD T EMPLE, TEXAS 76502

BLACKLAND RESEARCH CENTER T EXAS AGRICULTURAL EXPERIMENT STATION720 EAST BLACKLAND ROAD T EMPLE, TEXAS 76502


2/414

2


3/414

ReconocimientoEl modelo SWAT es una continuacin de treinta aos de diseo. A la que se le suman el Serviciode Investigacin Agrcola, y La Universidad de Texas A&M. Adems de varias Agencias Federales,incluyendo; La Agencia de Proteccin Ambiental de los E.E.U.U., El Servicio de Proteccin de losRecursos Naturales, La Administracin Nacional Ocenica y Atmosfrica y La Oficina de AsuntosIndgenas, todas estas han contribuido grandemente con el desarrollo del modelo. Tambinqueremos agradecer a todas las Agencias Estatales del Ambiente (con agradecimiento especial alDepartamento de Recursos Naturales de Wisconsin), las oficinas estatales de NRCS(agradecimiento especial a la Oficina Estatal de Texas) as como numerosas universidades en losEstados Unidos y en el extranjero, al igual que a los consultores que contribuyeron en todos losaspectos del modelo. Apreciamos grandemente todas sus contribuciones y esperamos quecontinen con su colaboracin.

3


4/414

INTRODUCCION................................................................................................................................. 20

0.1DESARROLLODELSWAT.............................................................................................................. 20

0.2DESCRIPCIONGENERALDELSWAT ............................................................................................. 22

0.2.1FASETERRESTREDELCICLOHIDROLOGICO............................................................................. 25

0.2.1.1CLIMA .................................................................................................................................... 27

0.2.1.2.HIDROLOGIA......................................................................................................................... 28

0.2.1.3COBERTURADETIERRA/CRECIMIENTODEPLANTA ............................................................. 33

0.2.1.4EROSION................................................................................................................................ 33

0.2.1.5NUTRIENTES .......................................................................................................................... 34

0.2.1.6PESTICIDAS ............................................................................................................................ 35

0.2.1.7MANEJO......................................................................................................................... ........ 36

0.2.2FASEDEENRUTAMIENTODELCICLOHIDROLOGICO............................................................... 37

0.2.2.1ENRUTAMIENTOENELCANALPRINCIPALOALCANCE ........................................................ 38

0.2.2.2ENRUTAMIENTOINLOADEPOSITOS/RESERVAS .................................................................. 39

0.3REFERENCES ................................................................................................................................ 40

SECCION1CAPITULO1 ECUACIONES:ENERGIA............................................................................. 43

1:1.1LASRELACIONESTIERRASOL................................................................................................... 43

1:1.1.1LADISTANCIAENTREELSOLYLATIERRA............................................................................. 43

1:1.1.2DECLINACINSOLAR............................................................................................................. 43

1:1.1.3MEDIODIASOLAR,SALIDADELSOL,PUESTADELSOLYDURACIONDELDIA....................... 44

1:1.2.1RADIACIONEXTRATERRESTRE............................................................................................... 45

1:1.2.2RADIACIONSOLARBAJOCIELOSDESPEJADOS...................................................................... 47

1:1.2.3RADIACIONSOLARDIARIA .................................................................................................... 47

1:1.2.4RADIACIONSOLARPORHORA .............................................................................................. 48

1:1.2.5RADIACIONNETADIARIA ...................................................................................................... 49

4


5/414

1:1.2.5.1RADIACIONNETADEONDACORTA ................................................................................... 49

1:1.2.5.2RADIACIONNETADEONDALARGA ................................................................................... 50

1:1.3TEMPERATURA......................................................................................................................... 52

1.1.3.1TEMPERATURA

DIARIA

DEL

AIRE........................................................................................... 52

1:1.3.2TEMPERATURADELAIREPORHORA .................................................................................... 53

1:1.3.3TEMPERATURADELATIERRA ............................................................................................... 53

1:1.3.4TEMPERATURADELAGUA .................................................................................................... 58

1:1.4VELOCIDADDELVIENTO........................................................................................................... 59

1:1.5NOMENCLATURA ................................................................................................................... .. 61

1:1.6REFERENCIAS............................................................................................................................ 64

SECCION1CAPITULO2 ECUACIONES:AGUAATMOSFERICA ......................................................... 67

1:2.1PRECIPITACION......................................................................................................................... 67

1:2.2LLUVIAMAXIMADEMEDIAHORA ........................................................................................... 68

1:2.3VAPORDEAGUA ...................................................................................................................... 68

1:2.4CUBIERTADENIEVE.................................................................................................................. 70

1:2.5DERRETIMIENTO

DE

NIEVE....................................................................................................... 73

1:2.5.1TEMPERATURAPAQUETEDENIEVE...................................................................................... 73

1:2.5.2ECUACINDERRETIMIENTODENIEVE ................................................................................. 74

1:2.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... .. 74

1:2.7REFERENCES ............................................................................................................................. 75

SECCION1CAPITULO3 ECUACIONES:GENERADORDELCLIMA .................................................... 77

1:3.1PRECIPITACION......................................................................................................................... 77

1:3.1.1 OCURRENCIADELDIAHUMEDOOSECO ............................................................................. 77

1:3.1.2 CANTIDADDEPRECIPITACION ............................................................................................. 78

1:3.2LLUVIAMAXIMADEMEDIAHORA ........................................................................................... 79

1:3.2.1LLUVIAMENSUALDEMEDIAHORA ...................................................................................... 79

5


6/414

1:3.2.2VALORMAXIMODIARIODELLUVIADEMEDIAHORA.......................................................... 80

1:3.3DISTRIBUCIONDELLUVIAENUNDIA ...................................................................................... 81

1:3.3.1DISTRIBUCIONDEINTENSIDADNORMALIZADA ................................................................... 82

1:3.3.2TIEMPO

GENERADO

A

INTENSIDAD

PICO ............................................................................. 83

1:3.3.3LLUVIATOTALYDURACION .................................................................................................. 84

1:3.4RADIACIONSOLARYTEMPERATURA....................................................................................... 85

1:3.4.1RESIDUOSDIARIOS................................................................................................................ 85

1:3.4.2VALORESGENERADOS........................................................................................................... 87

1:3.4.3AjusteparaCondicionesDespejadas/Nubladas................................................................... 87

1:3.4.3.1TEMPERATURA

MAXIMA ................................................................................................... 87

1:3.5HUMEDADRELATIVA............................................................................................................... 89

1:3.5.1HUMEDADRELATIVA............................................................................................................. 89

1:3.5.2VALORDIARIOGENERADO.................................................................................................... 90

1:3.5.3AjusteparaCondicionesDespejadas/Nubladas................................................................... 91

1:3.6VELOCIDADDELVIENTO........................................................................................................... 92

1:3.7NOMENCLATURE...................................................................................................................... 92

1:3.8REFERENCIAS............................................................................................................................ 96

SECCION1CAPITULO4 ECUACIONES:ADAPTACIONCLIMATICA................................................... 98

1:4.1BANDASDEELEVACION ........................................................................................................... 98

1:4:2CAMBIOCLIMATICO............................................................................................................... 100

1:4:3INCORPORACIONDELAPREDICCIONDELTIEMPO................................................................ 101

1:4.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 102

SECCION2CAPITULO1 ECUACIONES:ESCORRENTIASUPERFICIAL ............................................. 104

2:1.1VOLUMENDEESCORRENTIA:................................................................................................. 104

2:1.1.1NUMERODECURVASCS ..................................................................................................... 105

2:1.1.1.1GRUPOSDESUELOSHIDROLOGICOS............................................................................... 109

6


7/414

2:1.1.1.2CONDICIONANTECEDENTEDEHUMEDADDELSUELO.................................................... 110

2:1.1.1.3PARAMETRODERETENCION............................................................................................ 110

2:1.1.1.4AJUSTESDELAPENDIENTE .............................................................................................. 112

2:1.2VOLUMEN

DE

ESCORRENTIA:................................................................................................. 113

2:1.3INDICEMAXIMODEESCORRENTIA........................................................................................ 116

2:1.3.1TIEMPODECONCENTRACION............................................................................................. 117

2:1.3.1.1TIEMPODECONCENTRACIONDEFLUJOTERRESTRE....................................................... 117

2:1.2.1.2TIEMPODECONCENTRACIONDELFLUJODELCANAL..................................................... 119

2:1.3.2COEFICIENTEDEESCORRENTIA........................................................................................... 121

2:1.3.3INTENSIDAD

DE

LLUVIA....................................................................................................... 121

2:1.3.4FORMULARACIONALMODIFICADA.................................................................................... 122

2:1.4RETRASODELAESCORRENTIASUPERFICIAL.......................................................................... 123

2:1.5PERDIDASDETRASMISION..................................................................................................... 124

2:1.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 127

2:1.7REFERENCIAS.......................................................................................................................... 130

SECCIN2CAPITULO

2

ECUACIONES:EVAPOTRANSPIRACIN ................................................... 132

2:2.1ALMACENAMIENTODECANOPEA ......................................................................................... 132

2:2.2EVAPOTRANSPIRACINPOTENCIAL....................................................................................... 133

2:2.2.1METODOPENMANMONTEITH........................................................................................... 134

2:2.2.1.1FLUJODECALORDETIERRA............................................................................................. 134

2:2.2.1.2RESISTENCIAAERODINAMICA.......................................................................................... 135

2:2.2.1.3RESISTENCIA

DE

CANOPEO .............................................................................................. 135

2:2.2.1.4TRMINOCOMBINADO.................................................................................................... 138

2:2.2.2ElMETODODEPRIESTLEYTAYLOR ..................................................................................... 139

2:2.2.3ElMETODODEHARGREAVES.............................................................................................. 139

2:2.3EVAPOTRANSPIRACINACTUAL............................................................................................ 140

7


8/414

2:2.3.1EVAPORACIONDELLUVIAINTERCEPTADA ......................................................................... 140

2:2.3.2TRANSPIRACION................................................................................................................... 140

2:2.3.3SUBLIMACIONYEVAPORACIONDESDELATIERRA............................................................. 141

2:2.3.3.1SUBLIMACION .................................................................................................................. 141

2:2.3.3.2EVAPORACIONDEAGUADELATIERRA ........................................................................... 142

2:2.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 145

2:2.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 147

SECCIN2CAPITULO3 EQUACIONES:AGUASUBTERRANEA ..................................................... 149

2:3.1ESTRUCTURADELSUELO........................................................................................................ 149

2:3.2FILTRACIN ............................................................................................................................. 152

2:3.3DESVIODEFLUJO ................................................................................................................... 153

2:3.4NIVELFRETICOELEVADO ..................................................................................................... 158

2:3.5FLUJOLATERAL....................................................................................................................... 159

2:3.4.1RETRASODEFLUJOLATERAL.............................................................................................. 162

2:3.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 164

2:3.7REFERENCIAS.......................................................................................................................... 166

SECCION2CAPITULO4 ECUACIONES:AGUASUBTERANEA ........................................................ 167

2:4.1SISTEMASDEAGUASSUBTERRANEAS .................................................................................... 167

2:4.2ACUIFEROPOCOPROFUNDO................................................................................................. 169

2:4.2.1RECARGA ............................................................................................................................. 170

2:4.2.2DIVISIONDELARECARGAENTREUNACUIFEROPOCOPROFUNDOYUNACUIFERO

PROFUNDO...................................................................................................................................... 170

2:4.2.3AGUASUBTERRANEA/FLUJONORMAL............................................................................... 171

2:4.2.4REVAPORIZACION................................................................................................................ 173

2:4.2.5BOMBEO.............................................................................................................................. 174

2:4.2.6ALTURADELAGUASUBTERRANEA ..................................................................................... 174

8


9/414

2:4.3ACUIFEROPROFUNDO ........................................................................................................... 174

2:4.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 175

SECCION3CAPITULO1 ECUACIONES:NITROGENO ..................................................................... 177

3:1.1EL

CICLO

DEL

NITROGENO

EN

EL

SUELO ................................................................................ 177

3:1.1.1INICIALIZACIONDELOSNIVELESDENITROGENOENELSUELO ......................................... 179

3:1.2MINERALIZACIONYDESCOMPOSICION.................................................................................. 181

/IMMOBILIZACION ................................................................................................................. ........ 181

3:1.2.1MINERALIZACIONDELHUMUS ........................................................................................... 183

3:1.2.2DESCOMPOSICION DELOSRESIDUOSYMINERALIZACION ................................................ 183

3:1.3NITRIFICACION

YVOLATILIZACION

DEL

AMONIACO.............................................................. 185

3:1.4DESNITRIFICACION ................................................................................................................. 187

3:1.5ELNITROGENOENLASPRECIPITACIONES ............................................................................. 188

3:1.6FIJACION................................................................................................................................. 189

3:1.7MOVIMIENTOASCENDENTEDELNITRATOENELAGUA ....................................................... 189

3:1.8LIXIVIACION............................................................................................................................ 189

3:1.9NITRATO

EN

EL

ACUFIERO

POCO

PROFUNDO ....................................................................... 190

3:1.10NOMENCLATURA ................................................................................................................. 191

3:1.11REFERENCIAS........................................................................................................................ 193

SECCION3CAPITULO 2 ECUACIONES:ELFOSFORO .................................................................... 194

3:2.1ELCICLODELFOSFORO .......................................................................................................... 194

3:2.1.1INICIALIZACIONDELOSNIVELESDEFOSFOROENELSUELO.............................................. 195

3:2.2MINERALIZACIONYDESCOMPOSICION.................................................................................. 197

/INMOVILIZACION .......................................................................................................................... 197

3:2.2.1MINERALIZACIONDELHUMUS ........................................................................................... 197

3:2.2.2DESCOMPOSICION DERESIDUOSYMINERALIZACION ....................................................... 198

3:2.3SORCIONDELFINORGANICO................................................................................................. 199

9


10/414

3:2.4LIXIVIACION............................................................................................................................ 201

3:2.5ElFOSFOROENELACUIFEROPOCOPROFUNDO.................................................................... 202

3:2.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 202

3:2.7REFERENCIAS.......................................................................................................................... 203

SECCION3CAPITULO3 ECUACIONES:PESTICIDAS....................................................................... 205

3:3.1LAVADO .................................................................................................................................. 206

3:3.2DEGRADACION ....................................................................................................................... 207

3:3.3LIXIVIACION............................................................................................................................ 208

3:3.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 208

3:3.5REFERENCES ........................................................................................................................... 208

SECCION3CAPITULO4 ECUACIONES:BACTERIAS........................................................................ 209

3:4.1LAVADO .................................................................................................................................. 209

3:4.2EXTINCIN/RENACIMIENTODEBACTERIAS........................................................................... 210

3:4.3LIXIVIACIN............................................................................................................................ 212

3:4.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 213

3:4.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 214

SECCION4CAPITULO1 ECUACIONES:SEDIMENTO...................................................................... 216

4:1.1MUSLE .................................................................................................................................... 217

4:1.1.1FACTORDEEROSIBILIDADDELSUELO ................................................................................ 217

4:1.1.2FACTORDECOBERTURAYGESTION ................................................................................... 220

4:1.1.3FACTORDEPRCTICADEAPOYO........................................................................................ 220

4:1.1.4FACTOR

TOPOGRAFICO....................................................................................................... 222

4:1.1.5FACTORDEFRAGMENTOBRUTO........................................................................................ 222

4:1.2.1INDICEDEEROSIBILIDADPORLLUVIA................................................................................. 223

4:1.3EFECTOSDECOBERTURANIEVE............................................................................................. 225

4:1.4DEMORADELSEDIMENTOENESCORRENTIASDESUPERFICIE.............................................. 225

10


11/414

4:1.4SEDIMENTOENFLUJODEAGUALATERAL&SUBTERRANEA ................................................ 226

4:1.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 227

4:1.7REFERENCES ........................................................................................................................... 228

SECCION4CAPITULO

2

ECUACIONES:TRANSPORTE

DE

NUTRIENTES ........................................ 229

4:2.1MOVIMIENTODELNITRATO .................................................................................................. 229

4:2.2NORGANICOENESCORRENTIASDESUPERFICIE................................................................... 230

4:2.2.1PRORCIONDEENRIQUECIMIENTO...................................................................................... 230

4:2.3MOVIMIENTOSOLUBLEDELFOSFORO.................................................................................. 231

4:2.4PORGANICO&MINERALADHERIDOALSEDIMENTOENESCORRENTIASDESUPERFICIE..... 231

4:2.4.1PROPORCION

DEL

ENRIQUECIMIENTO ............................................................................... 232

4:2.5RETRASODENUTRIENTESENESCORRENTIASDESUPERFICIEYFLUJOLATERAL.................. 232

4:2.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 233

SECCION4CAPITULO3 ECUACIONES:TRANSPORTEDEPESTICIDA............................................ 235

4:3.1FASEDEDISTRIBUCIONDELPESTICIDA.................................................................................. 235

4:3.2MOVEMIENTODEPESTICIDASOLUBLE.................................................................................. 235

4:3.3TRANSPORTE

DEL

PESTICIDA

ABSORBIDO ............................................................................. 238

4:3.5NOMENCLATURA ................................................................................................................... 240

4:3.6REFERENCIAS.......................................................................................................................... 241

SECCION4CAPITULO4 ECUACIONES:TRANSPORTEDEBACTERIAS............................................ 242

4:4.1BACTERIASENLAESCORRENTIASUPERFICIAL........................................................................ 242

4:4.2BACTERIASADHERIDASALSEDIMENTOENLAESCORRENTIASUPERFICIAL .......................... 242

4:4.2.1RELACION

DE

ENRIQUECIMIENTO ...................................................................................... 243

4:4.3TIEMPODEDEMORADELASBACTERIASENLAESCORRENTIASUPERFICIAL........................ 244

4:4.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 245

SECCION4CAPITULO5 ECUACIONES:PARAMETROSDECALIDADDELAGUA............................ 247

4:5.1LASALGAS .............................................................................................................................. 247

11


12/414

4:5.2DEMANDABIOLOGICADEOXIGENOCARBONICO................................................................. 248

4:5.2.1RELACIONDEENRIQUECIMIENTO ...................................................................................... 248

4:5.3OXIGENODISUELTO ............................................................................................................... 249

4:5.3.1

CONCENTRACIONDE

SATURACION

DE

OXIGENO............................................................. 249

4:5.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 250

4:5.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 250

SECCION5CAPITULO1 ECUACIONES:CICLODECRECIMIENTO.................................................. 251

5:1.1UNIDADESDECALOR ............................................................................................................. 251

5:1.1.1PROGRAMACIONDELAUNIDADDECALOR. ...................................................................... 252

5:1.2LATENCIA................................................................................................................................ 255

5:1.3TIPOSDEPLANTA ................................................................................................................... 256

5:1.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 257

5:1.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 257

SECCION5CAPITULO2 ECUACIONES:CRECIMIENTOPTIMO................................................... 259

5:2.1CRECIMIENTOPOTENCIAL...................................................................................................... 259

5:2.1.1PRODUCCION

DE

BIOMASA ................................................................................................ 259

5:2.1.1.1ElIMPACTODELCLIMAENLAEFICACIADELUSODERADIACION .................................. 260

5:2.1.1.2MODIFICACIONDECALCULODEBIOMASAPARAARBOLES............................................ 261

5:2.1.2CUBIERTADEDOSELYALTURA. .......................................................................................... 262

5:2.1.3DESARROLLODELARAIZ..................................................................................................... 264

5:2.1.4MADUREZ............................................................................................................................ 265

5:2.2.1El

IMPACTO

DE

SUELOS

BAJOS

EN

EL

CONTENIDO

DE

AGUA............................................. 267

5:2.2.2ABSORCIONREALDEAGUA ................................................................................................ 268

5:2.3ABSORCIONDENUTRIENTESPORLASPLANTAS ................................................................... 269

5:2.3.1ABSORCIONDELNITROGENO ............................................................................................. 269

5:2.3.1.1FIJACIONDENITROGENO................................................................................................. 272

12


13/414

5:2.5NOMENCLATURA ................................................................................................................... 278

5:2.6REFERENCES ........................................................................................................................... 281

SECCION5CAPITULO3 ECUACIONES:CRECIMIENTOREAL......................................................... 283

5:3.1LIMITACIONES

DEL

CRECIMIENTO ......................................................................................... 283

5:3.1.1ESTRSHIDRICO .................................................................................................................. 283

5:3.1.2ESTRSDETEMPERATURA................................................................................................... 283

5:3.1.3ESTRSDELNITROGENO..................................................................................................... 284

5:3.1.4ESTRSDELFOSFORO.......................................................................................................... 285

5:3.2CRECIMIENTOREAL................................................................................................................ 285

5:3.2.1OMISION

DE

BIOMASA........................................................................................................ 286

5:3.3RENDIMIENTOREAL ............................................................................................................... 286

5:3.3OMISIONDELINDICEDECOSECHA........................................................................................ 287

5:3.3.2EFICIENCIADELACOSECHA ................................................................................................ 287

5:3.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 288

SECCIN 6 CAPTULO 1 ECUACIONES:MANEJOGENERAL ........................................................ 290

6:1:1

SIEMBRA/INICIODE

LA

TEMPORADA

DE

CRECIMIENTO..................................................... 290

6:1.2 OPERACIN DE COSECHA.................................................................................................... 292

6:1.3OPERACINDEPASTEO ......................................................................................................... 293

6:1.4 OPERACINDECOSECHA&ELIMINACIN........................................................................... 294

6:1.4 OPERACINDECOSECHA&ELIMINACIN........................................................................... 295

6:1.5 CORTE/FINDETEMPORADADECRECIMIENTO..................................................................... 296

6:1.6

LABRANZA ............................................................................................................................. 296

6:1.6.1 MEZCLADO BIOLGICO .................................................................................................... 298

6:1.7 APLICACINDEFERTILIZANTE.............................................................................................. 298

6:1.8 AUTOAPLICACINDEFERTILIZANTE............................................................................... 302

6:1.9 APLICACIN CONTNUADEFERTILIZANTE........................................................................... 305

13


14/414

6:1.10APLICACIN DE PESTICIDA................................................................................................. 306

6:1.11 FRANJASDEFILTRACIN..................................................................................................... 307

6:1.12 NOMENCLATURA................................................................................................................ 308

6:1.13

REFERENCIAS....................................................................................................................... 311

SECCION6CAPITULO2 ECUACIONES:MANEJODELAGUA.......................................................... 312

6:2.1 IRRIGACIN ..................................................................................................................... ..... 312

6:2.1.1 IRRIGACIN AUTOAPLICADA........................................................................................... 313

6:2.2 DRENAJEPORTEJAS ............................................................................................................. 313

6:2.3 REASDEREPRESAS/DEPRESIONES...................................................................................... 314

6:2.4

TRANSPORTE

DEL

AGUA...................................................................................................... 314

6:2.5 AGUA USADAPARACONSUMO ........................................................................................... 315

6:2.6 CARGA EN LAS FUENTESHDRICAS..................................................................................... 316

6:2.7 NOMENCLATURA.................................................................................................................. 316

SECCION6CAPITULO3 ECUACIONES:AREAS URBANAS ............................................................. 317

6:3.1CARACTERSTICASDEREASURBANAS ................................................................................. 317

6:3.2

ESCURRIDOSUPERFICIAL

EN

REAS

URBANAS..................................................................... 318

6:3.3 ECUACIONESDEREGRESIN USGS ..................................................................................... 319

6:3.4 ACUMULACIN/ARRASTRE ................................................................................................ 322

6:3.4.1 LIMPIEZA DE CALLES ........................................................................................................ 323

6:3.5NOMENCLATURA ................................................................................................................... 326

6:3.6 REFERENCIAS ........................................................................................................................ 327

SECCION7CAPITULO

1

ECUACIONES:RUTEO

DEL

AGUA............................................................. 329

7:1.1CARACTERISTICASDELCANAL................................................................................................ 329

7:1.2INDICEDEFLUJOYVELOCIDAD.............................................................................................. 332

7:1.3METODODERUTEODEALMACENAJEVARIABLE .................................................................. 333

7:1.4METODODERUTEODEMUSKINGUM................................................................................... 335

14


15/414

7:1.5PERDIDASDETRANSMISION.................................................................................................. 338

7:1.6

PERDIDASDEEVAPORACION .......................................................................................... 339

7:1.7 ALMACENAJEDERIVERA................................................................................................. 340

7:1.8BALANCE

DEL

AGUA

DEL

CANAL ............................................................................................ 342

7:1.9 NOMENCLATURA............................................................................................................. 342

7:1.10REFERENCIAS........................................................................................................................ 344

SECCION7CAPITULO2 ECUACIONES:RUTEODELSEDIMENTO .................................................. 346

7:2.1ASIGNACIONDERUTADESEDIMENTODELCANAL.............................................................. 346

7:2.1.1ElFACTORDEEROSIONDELCANAL .................................................................................... 347

7:2.1.2FACTOR

DE

LA

CUBIERTA

DEL

CANAL ................................................................................. 348

7:2.2REDUCCIONYENSANCHAMIENTODELCANAL...................................................................... 348

7:2.3NOMENCLATURA ................................................................................................................... 349

7:2.4REFERENCES ........................................................................................................................... 350

SECCION7CAPITULO3 ECUACIONES:PROCESOSDENUTRIENTESENCORRIENTES................... 351

7:3.1ALGAS ..................................................................................................................................... 351

7:3.1.1CLOROFILA

a........................................................................................................................ 351

7:3.1.2CRECIMIENTODEALGAS..................................................................................................... 351

7:3.1.2.1TASADECRECIMIENTOESPECFICALOCALDEALGAS..................................................... 352

7:3.1.2.2PROPORCINDERESPIRACINLOCALDEALGAS ........................................................... 355

7:3.1.2.3PROPORCINDEESTABLECIMIENTOLOCALDEALGAS................................................... 355

7:3.2CICLODELNITRGENO .......................................................................................................... 356

7:3.2.1NITRGENO

ORGNICO...................................................................................................... 356

7:3.2.3NITRITO ............................................................................................................................... 358

7:3.2.4NITRATO .............................................................................................................................. 358

7:3.3CICLODELFOSFORO............................................................................................................... 359

7:3.3.1.FOSFOROORGANICO ......................................................................................................... 359

15


16/414

7:3.3.2.FOSFOROINORGANICO/SOLUBLE...................................................................................... 360

7:3.4DEMANDADEOXGENOBIOLGICOCARBONOSO ............................................................... 360

7:3.5.1CONCENTRACIONDESATURACIONDEOXIGENO............................................................... 362

7:3.5.2REAEREACIN...................................................................................................................... 362

7:3.6NOMENCLATURA ................................................................................................................... 364

7:3.7REFERENCIAS.......................................................................................................................... 366

SECCION7CAPITULO4 ECUACIONES:TRANSFORMACIONESDEPESTICIDASDECORRIENTE

INTERNA .......................................................................................................................................... 368

7:4:1PESTICIDAENELAGUA .......................................................................................................... 368

7:4.1.1DIVISIONESDESOLIDOLIQUIDO ........................................................................................ 368

7:4.1.2DEGRADACION .................................................................................................................... 369

7:4.1.3VOLATILIZACION.................................................................................................................. 369

7:4.1.4ESTABLECIMIENTO .............................................................................................................. 371

7:4.1.5AFLUENCIA ...................................................................................................................... .... 371

7:4.2PESTICIDAENELSEDIMENTO ................................................................................................ 372

7:4.2.1DIVISIONSOLIDOLIQUIDO ................................................................................................. 372

7:4.2.2DEGRADACIN .................................................................................................................... 373

7:4.2.3Resuspensin...................................................................................................................... 374

7:4.2.4DIFUSION............................................................................................................................. 374

7:4.2.5ENTIERRO ............................................................................................................................ 375

7:4.3BALANCEDEMASA ................................................................................................................ 375

7:3.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 376

7:4.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 378

7:5:1DETERIORODELASBACTERIAS.............................................................................................. 379

7:5.2NOMENCLATURA ................................................................................................................... 379

7:5.3REFERENCIAS.......................................................................................................................... 380

16


17/414

SECCION7CAPITULO6 ECUACIONES:RUTEODEMETALESPESADOS......................................... 381

SECCION8CAPITULO1 ................................................................................................................... 382

ECUACIONES:ESTANCAMIENTODELAGUA.................................................................................... 382

8:1.1DEPOSITOS ............................................................................................................................. 382

8:1.1.1AREA.................................................................................................................................... 383

8:1.1.2PRECIPITACION.................................................................................................................... 383

8:1.1.3EVAPORACION..................................................................................................................... 383

8:1.1.4INFILTRACION...................................................................................................................... 383

8:1.1.5DESAGUE ............................................................................................................................. 384

8:1.2ESTANQUES/PANTANOS ........................................................................................................ 386

8:1.2.1AREA.................................................................................................................................... 387

8:1.2.2PRECIPITACION.................................................................................................................... 388

8:1.2.3AFLUENCIA ...................................................................................................................... .... 388

8:1.2.4EVAPORACION..................................................................................................................... 388

8:1.2.5INFILTRACION...................................................................................................................... 388

8:1.2.6DESAGUE ............................................................................................................................. 388

8:1.3DEPRESIONES/BADENES ........................................................................................................ 390

8:1.3.1AREA.................................................................................................................................... 390

8:1.3.2PRECIPITACION.................................................................................................................... 391

8:1.3.3AFLUENCIA ...................................................................................................................... .... 391

8:1.3.4EVAPORACION..................................................................................................................... 391

8:1.3.5INFILTRACION...................................................................................................................... 391

8:1.3.6DESAGUE ............................................................................................................................. 392

8:1.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 393

8:1.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 394

SECCION8CAPITULO2 ECUACIONES:SEDIMENTOENCUERPOSDEAGUA ................................ 395

17


18/414

8:2.1BALANCEDEMASA ................................................................................................................. 395

8:2.2ASENTAMIENTO ..................................................................................................................... 395

8:2.3AFLUENCIADELSEDIMENTO.................................................................................................. 397

8:2.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 397

SECCION8CAPITULO3 ECUACIONES:NUTRIENTESENCUERPOSDEAGUA .............................. 398

8:3.1TRANSFORMACIONESDENUTRIENTES.................................................................................. 398

8:3.2EQUILIBRIODEMASA............................................................................................................. 401

8:3.3EUTROFIZACION..................................................................................................................... 401

8:3.3.1CORRELACIONESFOSFORO/CLOROFILA ............................................................................. 402

8:3.3.2CORRELACION

DE

CLOROFILA

a/PROFUNDIDAD

DE

DISCO

SECCHI.................................. 402

8:3.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 403

8:3.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 404

SECCION8CAPITULO4 ECUACIONES:PESTICIDASENCUERPOSDEAGUA ................................ 405

8:4.1PESTICIDAENELAGUA .......................................................................................................... 405

8:4.1.1DIVISIONDESOLIDOLIQUIDO ............................................................................................ 406

8:4.1.2DEGRADACION .................................................................................................................... 406

8:4.1.3VOLATILIZACION.................................................................................................................. 407

8:4.1.4ASENTAMIENTO .................................................................................................................. 408

8:4.2PESTICIDAENELSEDIMENTO ................................................................................................ 408

8:4.2.1DIVISIONDESOLIDOLIQUIDO ............................................................................................. 408

8:4.2.2DEGRADACION .................................................................................................................... 410

8:4.2.3RESUSPENSION.................................................................................................................... 410

8:4.2.4DIFUSION............................................................................................................................. 410

8:4.2.5ENTIERRO ............................................................................................................................ 411

8:4.3BALANCE/EQUILIBRIODEMASA ............................................................................................. 411

8:4.4NOMENCLATURA ................................................................................................................... 412

18


19/414

8:4.5REFERENCIAS.......................................................................................................................... 413

SECCION8CAPITULO5 ECUACIONES:BACTERIASENCUERPOSDEAGUA .................................. 414

8:5.1DETERIORODEBACTERIAS..................................................................................................... 414

8:5.2NOMENCLATURA ................................................................................................................... 415

8:5.3REFERENCIAS.......................................................................................................................... 415

19


20/414

INTRODUCCION

SWAT son las siglas para Herramienta para la Evaluacin del Suelo y Agua, una vertiente de ro, ocuenca, el modelo a escala fue desarrollado por Dr. Jeff Arnold para el USDA el Servicio Agrcola

de Investigacin (ARS). SWAT fue desarrollado para predecir el impacto de las prcticas demanejo del suelo en el agua, el sedimento y produccin de sustancias agrcolas qumicas en cuencasgrandes y complejas grandes con variedad de suelos, uso de tierra y condiciones de manejo sobre untiempo prolongado de tiempo. Para satisfacer este objetivo, el modelo

Esta basado fsicamente. Antes que solo integrar ecuaciones de regresin para describir la relacinentre variables entrada y salida, SWAT requiere informacin especfica sobre el clima y tiempo,propiedades de suelos, topografa, vegetacin, y prcticas de manejo de tierra que acontecen en lascuencas. Los procesos fsicos asociados con el movimiento del agua, movimiento de sedimento,desarrollo de cosecha, ciclo de nutrientes, etc. todos estos modelados directamente por SWAT queutiliza estos datos de entrada.

Los beneficios de este enfoque son: cuencas sin ningn datos de monitoreo (por ejemplo; datos de calibracin de corrientes)

pueden tambin ser modelados el impacto relativo de datos de entrada alternativos (por ejemplo; cambios en prcticas de

gestin, clima, vegetacin, etc.) en la calidad de agua u otras variables de inters pueden sercuantificadas

usa entradas fcilmente disponibles. Mientras SWAT puede ser utilizado para estudiar los procesosms especializados como el transporte de bacterias, los datos mnimos requeridos para hacer unrecorrido estn comnmente disponibles por agencias gubernamentales.

es computacionalmente eficiente. La simulacin de cuencas extensas o una variedad de estrategiasde gestin, se puede realizar sin inversin excesiva de tiempo o dinero.

permite a los usuarios estudiar los impactos a largo plazo. Muchos de los problemas actualmenteafrontados por los usuarios implican el aumento gradual de contaminantes y el impacto de estohacia los cuerpos de agua. Para estudiar estos tipos de problemas, se necesitan resultados derecorrido de intervalos de salida de varias dcadas.

SWAT es un modelo continuo de tiempo, es decir un modelo conformado a largo plazo.El modelo no esta diseado para simular un solo-acontecimiento de flujo detallado.

0.1 DESARROLLO DEL SWAT

SWAT integra caractersticas de varios modelos de ARS y es una consecuencia directa del modeloSWRRB1 (Simulador para Recursos de Agua en Cuencas Hidrogrficas Rurales) (William et Al.,1985; Arnold et Al., 1990). Los modelos especficos que contribuyeron significativamente aldesarrollo del SWAT fueron CREAMS2 (Sustancias Qumicas, Escorrentas, y la Erosin deSistemas de Gestin Agrcola) (Knisel, 1980), GLEAMS3 (Efectos de la carga de Agua Subterrneaen Sistemas de Gestin Agrcola) (Leonard et Al., 1987), y EPIC4 (Calculadora del Impacto de laErosin-Productividad) (William et Al., 1984).

20


21/414

El desarrollo de SWRRB empez con una modificacin del modelo diario de la hidrologa de lluviade CREAMS. Los mayores cambios hechos al modelo de la hidrologa de CREAMS fueron: A) elmodelo fue ampliado para permitir cmputos simultneos en varias sub-cuencas para predecir laproduccin de agua en cuencas; B) agua subterrnea o componente de flujo de retorno fueronagregados; C) un componente de almacenamiento de depsito fue agregado para calcular el efecto

de estanques en granjas y depsitos en la produccin de agua y sedimento; D) un modelo desimulacin de tiempo que integra los datos para lluvia, radiacin solar, y temperatura fueronagregados para facilitar simulaciones a largo plazo y proporcionar clima representativo de formatemporal y espacial; E) el mtodo para predecir promedios mximas de escorrenta fueronmejoradas; F) el modelo EPIC de desarrollo de cosechas fue agregado para justificar la variacinanual en el crecimiento; G) una componente de enrutamiento flujo fue agregado; H) componentesde transporte de sedimento fueron agregados para simular movimiento de sedimento a travs deestanques, depsitos, corrientes y valles; y i) clculo de transmisin de prdidas fue integrado.

1 SWRRB es un modelo continuo de paso del tiempo que fue desarrollado para simular las cargasde origen de cuencas.

2 En respuesta a la Disposicin de Agua Limpia, ARS reuni un equipo de cientficosinterdisciplinarios de todo los EEUU para desarrollar un proceso-basado, en un modelo desimulacin sin punto de origen a comienzos de los aos setenta. CREAMS fue desarrollado por esteesfuerzo. CREAMS es un modelo a escala diseado para simular el impacto de la gestin de fincasen el agua, sedimento, nutrientes y los pesticidas que resultan del terreno. Varios otros modelos deARS como GLEAMS, EPIC, SWRRB y AGNPS trazaron sus orgenes en el modelo CREAMS.3 GLEAMS son un modelo sin punto de origen que se centra en pesticida y cargas de nutrientes enel manto fretico.4 EPIC fue desarrollado originalmente para simular el impacto de la erosin en la produccin decosechas y ahora ha evolucionado en una gestin agrcola completa, escala de campo, en un modelosin punto de origen.

El foco primario del uso del modelo al final de la dcada del ochenta fue la evaluacin de calidaddel agua y desarrollo de SWRRB. Las modificaciones notables de SWRRB incluyeron en estemomento la incorporacin de: a) el componente del destino de pesticidas de GLEAM; B) latecnologa opcional de SCS para estimar las proporciones mximas de escorrenta; y C) desarrolloactual de ecuaciones para la produccin de sedimento. Estas modificaciones extendieron lacapacidad del modelo para tratar con una gran variedad de problemas de manejo de las cuencas.

En el final de la dcada del ochenta, el Departamento de Asuntos Indgenas necesit un modelopara estimar el impacto del manejo hidrolgico de la reservacin en Arizona y Nuevo Mxico.Mientras SWRRB fue utilizado fcilmente para cuencas de hasta unos escasos cientos de kilmetroscuadrados en tamao, la Oficina tambin quiso simular el flujo de corriente para las cuencas que seextendan a ms de varios mil kilmetros cuadrados. Para un rea tan extensa las cuencas bajo elestudio deban ser dividida en cientos de sub-cuencas. La divisin de las cuencas en el SWRRB eralimitada a diez sub-cuencas y el modelo diriga el agua y sedimento fuera de la sub-cuencadirectamente a la salida de la cuenca. Estas limitaciones llevaron al desarrollo de un modelollamado ROTO (dirigiendo las salidas al vertedero) (Arnold et Al., 1995), que tom las salidas demltiples recorridos de SWRRB redirigi los flujos por canales y reservas (depsitos).ROTO proporcion enfoque que venci la limitacin de sub-cuenca de SWRRB "uniendo"mltiples SWRRB recorridos juntos. Aunque este enfoque fue muy efectivo, la entrada y salida demltiples archivos de SWRRB requera un almacenamiento considerable de informacin

21


22/414

computarizada. Adems, todos los recorridos de SWRRB deban ser hechas independientemente yluego ingresadas a ROTO para el enrutamiento al canal y depsito. Para vencer la dificultad de estearreglo, SWRRB y ROTO fueron fusionados en un solo modelo, el SWAT. Que permitesimulaciones de reas muy extensas, el SWAT retuvo todas las caractersticas que hicieron SWRRBun modelo de simulacin tan valioso.

Desde que SWAT fue creado a principios de los aos noventa, ha experimentado revisin yexpansin continua de sus capacidades. Las mejoras ms significativas del modelo incluyen:SWAT94.2: Mltiples unidades de respuesta hidrolgicas (HRUs, integrados).SWAT96.2: La auto-fertilizacin y la auto-irrigacin agregados como opciones de gestin;almacenamiento de agua de dosel incorporada; un componente CO2 agregado para el modelo dedesarrollo de cosechas, para estudios de cambio climticos; agregada la ecuacin potencial deevapotranspiracin Penman-Monteith; incorporado el flujo de agua lateral en el suelo, basada en elmodelo cinemtico de almacenamiento; integradas las ecuaciones de calidad de agua y nutrientes deQUAL2E; enrutamiento de pesticida en corrientes.SWAT98.1: rutinas mejoradas de derretimiento de nieve; mejorada la calidad de agua en-corriente;rutinas expandidas de ciclo de nutrientes; efecto rasante, aplicaciones de abono, y drenaje de flujode teja agregado como opciones de gestin; modificacin del modelo para el uso en el hemisferio

sur.SWAT99.2: rutinas mejoradas de ciclo de nutrientes, rutinas mejoradas de arroz/humedales,depsito/estanque/eliminacin de nutrientes de humedales por asentamiento; agregndosealmacenamiento de bancos de agua al alcance; enrutamiento de metales al alcance; todas lasreferencias de ao en el modelo cambiaron de los ltimos 2 dgitos por ao a 4 cifras; construccinurbana/ecuaciones de deslave de SWMM agregadas junto con ecuaciones de regresin de USGS.SWAT2000: rutinas de transporte de bacterias; infiltracin de Green & Ampt; generador del tiempomejorado; permite radiacin solar diaria, humedad relativa, y velocidad de viento para ser ledo ogenerado; permite valores potenciales ET valores para las cuencas para ser ledos o calculados;todos los mtodos potenciales ET revisados; los procesos de banda de elevacin mejorados;simulacin permitida de un nmero ilimitado de depsitos; mtodo de enrutamiento de Muskingumagregado; clculos modificados del estado latente para la simulacin apropiada en reas tropicales.

SWAT2005: se agregaron y mejoraron rutinas mejoradas de transporte de bacterias; escenarios depronstico del tiempo agregados; generador de precipitacin de sub-diaria; el parmetro deretencin utilizado en el clculo diario de CN puede ser una funcin del contenido de agua del sueloo evapotranspiracin de planta.Adems de los cambios enumerados anteriormente, las interfaces para el modelo han sido

desarrolladas en Windows (Visual Basic), GRASS, y ArcView. SWAT tambin ha experimentadouna validacin extensa.

0.2 DESCRIPCION GENERAL DEL SWAT

SWAT permite varios procesos fsicos diferentes para ser simulados en una cuenca hidrogrfica.

Estos procesos sern resumidos brevemente en esta seccin. Para discusiones ms detalladas de losdiversos procedimientos, consultar el captulo dedicado al tema de inters.

22


23/414

Figura 0.1: Mapa que muestra el uso del suelo y distribucin de la red de vertientes de la cuencahidrogrfica del Lago Fork al Noreste de Texas.

Para propsitos de la simulacin, una cuenca hidrogrfica ser dividida en un nmero de sub-vertientes o sub-cuencas. El uso de sub-vertientes en la simulacin es muy til, particularmente,

cuando hay diversas reas de la misma cuenca, que se ven afectadas por el uso de suelos o suelosbastante desiguales de tal forma, que impactan grandemente la hidrologa del sector. Al dividir lacuenca hidrogrfica en sub-cuencas, el usuario puede referirse a diversas reas de la vertiente deacuerdo al espacio. El cuadro 0.2 muestra una delineacin de la sub-vertiente para la cuencahidrogrfica mostrada en el cuadro 0.1.

23


24/414

Figure 0,2: Delineacin de sub-vertientes de la cuenca hidrolgica del Lago Fork.

La informacin de entrada para cada sub-vertiente es agrupada u organizada en las categorassiguientes: clima; unidades hidrolgicas de respuesta o HRUs; estanques/humedales; aguasubterrnea; y canal principal, o alcance, drenando la sub-cuenca. Las unidades hidrolgicas de

respuesta son agrupadas en reas de tierra dentro de la sub-cuenca que son comprendidas decobertura de tierra nica, suelo, y combinaciones de gestin (manejo).

No importa lo que tipo de problema es estudiado con SWAT, el equilibrio del agua es la fuerzamotriz detrs de todo lo que sucede en la cuenca hidrogrfica. Predecir exactamente el movimientode pesticidas, los sedimentos o los nutrientes, el ciclo hidrolgico as como es simulado por elmodelo debe conformar lo que sucede en la cuenca.

La simulacin de la hidrologa de la cuenca puede ser separada en dos divisiones mayores. Laprimera divisin es la fase de tierra del ciclo hidrolgico, representado en la Figura 0,3. La fase dela tierra del ciclo hidrolgico controla la cantidad de agua, el sedimento, las cargas de alimentonutritivo y pesticida al principal canal en cada sub-cuenca.

La segunda divisin es el agua o fase de enrutamiento del ciclo hidrolgico, el que puede serdefinido como el movimiento del agua, sedimentos, etc. a travs de la red de canales de la cuencahidrogrfica hacia el vertedero.

24


25/414

Figure 0.3: Representacin esquemtica del ciclo hidrolgico.

0.2.1 FASE TERRESTRE DEL CICLO HIDROLOGICO

El ciclo hidrolgico asi como es simulado por SWAT esta basado en la ecuacin del equilibrio deagua:

SWt = SW0+ (RdayQsurf Ea Wseep Qgw)

dnde SWt es el contenido final de agua en el suelo (mm H2O), SW0 es el contenido inicial de aguadel suelo en un da i (mm H2O), t es el tiempo (das),Rday es la cantidad de precipitacin en un dai (mm H2O), Qsurf es la cantidad de escorrenta de la superficie en un da i ( mm H2O), Ea es lacantidad de evapotranspiracin en da i (Mm H2O), Wseep es la cantidad de agua que entra la zonade vadosa del perfil del suelo en un da i (mm H2O), y Qgw es la cantidad de flujo de retorno en un

da i (mm H2O).

La subdivisin de la cuenca permite al modelo reflejar las diferencias en la evapotranspiracin paravarias cosechas y suelos. Las escorrentas son predichas separadamente para cada HRU y dirigidaspara obtener las escorrentas totales para las cuencas. Esto aumenta la certeza y da una mejordescripcin fsica del equilibrio del agua.

25


26/414

Figure 0,4: Comandos del circuito HRU/Sub-cuenca

26


27/414

Figure 0.4 muestra la secuencia general de procesos utilizados por SWAT para modelar la faseterrestre del ciclo hidrolgico. Las diferentes entradas y procesos implican en esta fase del ciclohidrolgico, que estn resumidos en las secciones siguientes.

0.2.1.1 CLIMAEl clima de una cuenca proporciona las entradas de humedad y energa, que controlan el equilibriodel agua y determinan la importancia relativa de los diferentes componentes del ciclo hidrolgico.Las variables climticas necesarias por SWAT consisten en precipitacin diaria, temperatura areamxima/mnima, radiacin solar, velocidad del viento y humedad relativa. El modelo permitevalores para la precipitacin diaria, temperaturas areas mximas/mnimos, radiacin solar,velocidad del viento y humedad relativa para ser ingresados por registros de datos observados ogenerados durante la simulacin.

GENERADOR DE CLIMA.Los valores diarios para el clima son generados del promedio de valores mensuales. El modelogenera un conjunto de datos del tiempo para cada sub-cuenca. Los valores para cualquiera de lassub-cuencas sern generadas independientemente y no habr correlacin espacial de valoresgenerados entre las diferentes sub-cuencas.

PRECIPITACION GENERADA.SWAT utiliza un modelo desarrollado por Nicks (1974) para generar precipitacin diaria parasimulaciones que no leen datos medidos. Este modelo de precipitacin tambin es utilizado parallenar los datos faltantes en los registros medidos. El generador de la precipitacin utiliza un modelode cadena de primer-orden de Markov para definir un da como hmedo o seco comparando unnmero al azar (0.0-1.0) generado por el modelo a probabilidades hmedo-secas mensualesingresadas por el usuario. Si el da se clasifica como hmedo, la cantidad de precipitacin se generade una distribucin sesgada o una distribucin exponencial modificada.

PATRONES DE LLUVIA SUB-DIARIASi valores sub-diarios de precipitacin se necesitan, una doble funcin exponencial se utiliza pararepresentar los patrones de intensidad dentro de una tormenta. Con la doble distribucinexponencial, la intensidad de lluvia aumenta de manera exponencial con tiempo al mximo, o pico,de la intensidad. Una vez que la intensidad mxima es alcanzada, la intensidad de lluvia disminuyede manera exponencial con el tiempo hasta el fin de la tormenta

TEMPERATURA AEREA GENERADA Y RADIACION SOLAR.Las mnimas y mximas temperaturas areas y la radiacin solar son generadas de una distribucinnormal. Una ecuacin de la continuidad es integrada en el generador para justificar variaciones detemperatura y radiacin causadas por condiciones secas vs lluviosas. La temperatura area mximay la radiacin solar se ajustan hacia abajo al simular condiciones lluviosas y al simular hacia arribacondiciones secas. Los ajustes son hechos para que los valores generados a largo plazo para un

promedio de temperatura mxima mensual y radiacin solar mensual, concuerden con lospromedios de entrada.

VELOCIDAD DEL VIENTO GENERADA.Una ecuacin exponencial modificada es utilizada para generar una media de viento diario dando lamedia mensual de la velocidad del viento.

27


28/414

HUMEDAD RELATIVA GENERADA.El modelo de la humedad relativa utiliza una distribucin triangular para simular la humedadrelativa, media y diaria del promedio mensual. Al igual que con temperatura y radiacin, la mediade humedad relativa es ajustada para justificar efectos de da hmedo - y seco.

NIEVE.

SWAT clasifica la precipitacin como lluvia o lluvia/nieve usando el promedio temperatura diaria.COBERTURA DE NIEVE.El componente de cobertura de nieve del SWAT ha sido actualizado de un modelo sencillo yuniforme de la cobertura de nieve a un modelo ms complejo que permite cobertura no uniformedebido a la sombra, alineacin, topografa y cobertura de tierra. El usuario define una profundidadde nieve por encima de la que la nieve siempre se extender ms del 100% del rea. Cuando laprofundidad de la nieve en una sub-cuenca disminuye debajo de este valor, la cobertura de nieve sepermite disminuir no-linealmente basado en una curva de reduccin de rea.

DERRETIMIENTO DE NIEVE.El derretimiento de la nieve es controlado por el aire y la temperatura del paquete de nieve, laproporcin de derretimiento, y la cobertura de rea de la nieve. Si la nieve esta presente, esta sederrite los das cuando la temperatura mxima excede 0C usando una funcin lineal de la

diferencia entre el paquete promedio de nieve y la temperatura area mxima, y la temperatura baseo umbral para el derretimiento de nieve. La nieve derretida es tratada igual que como lluvia paraestimar escorrenta y filtracin. Para el derretimiento de nieve, la energa de lluvia es puesta encero y las escorrentas mximas valoran son estimadas asumiendo nieve uniformemente derretidapara una duracin de 24 horas.

BANDAS DE ELEVACION.El modelo permite a las cuencas a dividirse en un mximo de diez bandas de elevacin. Lacobertura de nieve y el derretimiento de nieve son simuladas separadamente para cada banda deelevacin. Dividiendo la sub-cuenca en bandas de elevacin, el modelo puede valorar lasdiferencias en la cobertura de nieve y el derretimiento causado por la variacin orogrfica en laprecipitacin y la temperatura.

TEMPERATURA DEL SUELO.La temperatura del suelo impacta el movimiento del agua y la tasa de decrecimiento del residuo enla tierra. La temperatura diaria promedio del suelo se calcula en la superficie del suelo y el centro decada capa de suelo. La temperatura de la superficie del suelo es una funcin de la cobertura denieve, cobertura de planta y cobertura de residuo, la temperatura en la superficie descubierta desuelo, y la temperatura en la superficie de la tierra del da anterior. La temperatura de una capa desuelo es una funcin de la temperatura en la superficie, media anual de temperatura area y laprofundidad en el suelo en el cul se da una variacin en la temperatura debido a que cambios en lascondiciones climticas ya no ocurren. Esta profundidad, referida a como la profundidad hmeda, esdependiente sobre la densidad bruta y el contenido de agua del suelo.

0.2.1.2. HIDROLOGIACuando precipitacin desciende, puede ser interceptada y puede ser contenida en el dosel devegetacin o cae a la superficie del suelo. El agua en la superficie del suelo se infiltrar en el perfilde la tierra o fluir sobre el terreno como escorrenta. La escorrenta se mueve relativamente rpidohacia un canal de corriente y contribuye en un corto plazo en la corriente. El agua infiltrada puedeser contenida en el suelo y evapotranspirada posteriormente o puede avanzar lentamente al sistema

28


29/414

de la de superficie-agua a travs de pasos subterrneos. Las conductos potenciales de movimientode agua simulados por SWAT en el HRU son ilustradas en la Figura 0,5.

ALMACENAMIENTO DE DOSEL.El almacenamiento del dosel es el agua interceptada por superficies vegetativas (el dosel) donde semantiene y se hace disponible para la evaporacin. Cuando se usa el mtodo de curva numricapara computar escorrenta de superficie, el almacenamiento de dosel se toma en cuenta en losclculos de superficie de escorrenta. Sin embargo, si los mtodos como Green & Ampt se usan paramodelar infiltracin y escorrentas, el almacenamiento de dosel debe ser modelado separadamente.SWAT permite al usuario a ingresar la cantidad mxima de agua que puede ser almacenada en eldosel en el ndice mximo de rea de hoja para la cobertura de tierra. Este valor y el ndice del reade la hoja son utilizados por el modelo para computar el almacenamiento mximo en tiempo en elciclo de desarrollo de la cobertura de tierra/cosecha. Cundo la evaporacin es computada, el aguaprimero se remueve del almacenamiento de dosel.

INFILTRACION.La infiltracin se refiere a la entrada de agua en un perfil de suelo de la superficie terrestre. Cuandola infiltracin contina, la tierra llega a ser cada vez ms hmeda, causando que el promedio deinfiltracin disminuya con el tiempo hasta que alcance un valor constante. La tasa inicial deinfiltracin depende del contenido de humedad de la tierra antes de la introduccin de agua en lasuperficie terrestre. La tasa final de infiltracin equivale a la conductividad hidrulica saturada de latierra. Porque el mtodo de curva numrica calcula el sistema operativo de superficie deescorrentas en un tiempo diario, pudiendo no modelar directamente la infiltracin. La cantidad deagua que entra el perfil de tierra se calcula como la diferencia entre la cantidad de lluvia y lacantidad de escorrenta de superficie. El mtodo de infiltracin Green & Ampt modela directamentela infiltracin, pero requiere los datos de precipitacin en incrementos ms pequeos de tiempo.

REDISTRIBUCIN.La redistribucin se refiere al movimiento continuado de agua por un perfil de tierra despus de la

entrada del agua (a travs de precipitacin o irrigacin) haya dejado la superficie de tierra. Laredistribucin es causada por diferencias en el contenido de agua en el perfil. Una vez que elcontenido de agua a travs del perfil entero es uniforme, la redistribucin cesar. El componente dela redistribucin de SWAT usa un almacenamiento que dirige la tcnica para predecir el flujo porcada capa de tierra en la zona principal. El flujo hacia abajo, o la filtracin, ocurre cundo lacapacidad de espacio de una capa de tierra es excedida y la capa debajo de no esta saturada. La tasadel flujo es gobernada por la conductividad saturada de la capa de tierra. La redistribucin esafectada por la temperatura del suelo. Si la temperatura en una capa particular es de 0C o debajo,ninguna redistribucin es permitida de esa capa.

29


30/414

30


31/414

EVAPOTRANSPIRATION.La evapotranspiracin es un trmino colectivo para todos procesos en el que agua en fase lquida oslida o cerca de la superficie terrestre se convierte en vapor atmosfrico. La evapotranspiracinincluye evaporacin de ros y lagos, suelo descubierto, y superficies vegetativas; evaporacin dedentro de las hojas de plantas (transpiracin); y la sublimacin de superficies de hielo y nieve. Elmodelo computa la evaporacin de suelos y plantas separadamente como descrito por Ritchie(1972). La evaporacin potencial del agua del suelo se estima como una funcin de laevapotranspiracin potencial y el ndice de rea de la hoja (el rea de las hojas de la planta al readel HRU). La evaporacin verdadera del agua del suelo se estima utilizando funcionesexponenciales de profundidad de suelo y contenido de agua. La transpiracin de la planta se simulacomo una funcin lineal de la evapotranspiracin potencial e ndice de rea de hoja.

EVAPOTRANSPIRATION POTENCIAL.La evapotranspiracin potencial es la proporcin en la cul la evapotranspiracin ocurrira de ungran rea cubierta uniformemente y completamente con vegetacin creciente que tiene acceso a unsuministro ilimitado de agua terrestre. Esta proporcin se asume para ser no afectada por efectosmicro-climticos de procesos como adveccin o calor de almacenamiento. El modelo ofrece tresopciones para estimar la evapotranspiracin potencial: Hargreaves (Hargreaves et Al., 1985),Priestley-Taylor (Priestley y Taylor, 1972), y Penman-Monteith (Monteith, 1965).

FLUJO SUBTERRANEO LATERAL.El flujo, o inter-flujo subterrneo lateral, es una contribucin de la corriente de flujo que se originadebajo de la superficie pero por encima de la zona donde piedras estn saturadas con agua. El flujosubterrneo lateral en el perfil de suelo (0-2m) se calcula simultneamente con redistribucin. Unmodelo cinemtico del almacenamiento se utiliza para predecir el flujo lateral en cada capa detierra. Las cuentas ejemplares para la variacin en la conductividad, la pendiente y contenido delmanto fretico.

ESCORRENTIAS DE SUPERFICIE.Las escorrentas en la superficie, o flujo terrestre, es el flujo que ocurre a lo largo de una superficieinclinada. Utilizando las cantidades diarias o sub-diarias de lluvia, el SWAT simula volmenes desuperficie de escorrentas y promedios mximos de escorrentas para cada HRU.

VOLUMEN DE ESCORRENTIA DE SUPERFICIE es computado utilizando unamodificacin del mtodo de curva numrica del SCS (Servicio de Conservacin de Suelo delUSDA, 1972) o el mtodo de infiltracin de Green & Ampt (Green y Ampt, 1911). En el mtodo decurva numrica, la curva vara no-linealmente con el contenido de humedad del suelo. La curvanumrica baja si la tierra se acerca el punto de marchitez y aumenta hasta cerca de 100 al acercarseel suelo a la saturacin.

El mtodo de Gree & Ampt requiere los datos sub-diarios de precipitacin y calcula la infiltracin

como una funcin del frente potencial mtrico hmedo anterior y conductividad hidrulica efectiva.El agua que no se infiltra se convierte en escorrenta de superficie. El SWAT incluye una provisinpara estimar escorrentas de suelo congelado donde un suelo se define como congelado si latemperatura en la primera capa es menos de 0C. El modelo aumenta la escorrenta para tierrascongelada pero que todava permite la infiltracin significativa cuando los suelos congelados estnsecos.

31


32/414

VALOR DE ESCORRENTIA MAXIMA se hacen predicciones con una modificacin del mtodoracional. En sntesis, el mtodo racional se basa en la idea que si una lluvia de intensidad i iniciainstantneamente y contina indefinidamente, la proporcin de escorrenta aumentar hasta eltiempo de concentracin, tc, cuando todo la sub-cuenca favorece el flujo hacia la salida. En lafrmula racional modificada, la proporcin de escorrentas mximas es una funcin de laproporcin de precipitacin diaria que cae durante el tc de la sub-cuenca, el volumen diario de

escorrenta de superficie, y el tiempo de concentracin de la sub-cuenca. La proporcin de lluviadurante el tc de la sub-cuenca se estima como una funcin del total de lluvia diaria que utiliza unatcnica estocstica. El tiempo de concentracin de la sub-cuenca se calcula utilizando la Frmula deManning teniendo en cuenta el flujo de canal y el terrestre.

ESTANQUES.Los estanques son estructuras de almacenamiento de agua situados dentro de una sub-cuenca queintercepta escorrentas de superficie. La zona de captacin de un estanque se define como unafraccin del rea total de la sub-cuenca. Los estanques se ocupan por estar situados en el canalprincipal en un sub-cuenca y nunca recibirn agua de cuencas ro arriba. El almacenamiento delagua del estanque es una funcin de la capacidad del estanque, afluencias y desages diarios, lainfiltracin y la evaporacin. Las entradas necesarias son la capacidad de almacenaje y el rea delestanque cuando se llena a su capacidad. El rea debajo de la capacidad se estima como una funcin

no lineal de almacenamiento.CANALES TRIBUTARIOS.Dos tipos de canales son definidos dentro de un sub-cuenca: el canal principal y los canalestributarios. Los canales tributarios son canales secundarios o de ms bajo orden que se separan delcanal principal dentro de la cuenca hidrogrfica. Cada canal tributario dentro de un sub-cuencavierte slo una porcin de la sub-cuenca y no recibe contribucin del manto a su flujo. Todo flujoen los canales tributarios se descarga y es dirigido al canal principal de la sub-cuenca. El SWATutiliza los atributos de canales tributarios para determinar el tiempo de concentracin para la sub-cuenca.

PERDIDAS DE TRANSMISION.Las prdidas de transmisin son prdidas de flujo de superficie a travs de la lixiviacin por el

cauce. Este tipo de prdida ocurre en corrientes efmeras o intermitentes donde la contribucin delagua subterrnea ocurre slo en cierto tiempo del ao, o del todo en absoluto. El SWAT utiliza elmtodo de Lane descrito en el Captulo 19 de la Gua de la Hidrologa del SCS (Servicio deConservacin de Suelo del USDA, 1983) para estimar la transmisin de prdidas. Las prdidas deagua del canal son una funcin del ancho del canal y la duracin de longitud y flujo. Tanto laproporcin de volumen como la proporcin mxima de ajustan cundo las prdidas de transmisinocurren en canales tributarios.

FLUJO DE RETORNO.El flujo del retorno, o flujo de base, es el volumen de agua subterrnea originado del manto fretico.El SWAT divide el agua subterrnea en dos sistemas de acuferos: un acufero superficial y libre,que contribuye al flujo de regreso a las corrientes dentro de la cuenca hidrogrfica y un acuferoprofundo y limitado que contribuye al flujo de regreso a las corrientes fuera de la cuenca (Arnold et

Al., 1993). Agua que filtrar mas all del fondo de la zona de raz se divide en dos fraccionescadafraccin se convierte en recarga para cada uno de los acuferos. Adems de retornar al flujo, el aguaalmacenada en el acufero superficial puede abastecer de nuevo humedad en el perfil de suelo encondiciones muy secas o es absorbido directamente por la planta. El agua en el acufero superficialo profundo puede se removido bombeando.

32


33/414

0.2.1.3 COBERTURA DE TIERRA/CRECIMIENTO DE PLANTAEl SWAT utiliza un solo modelo de crecimiento de plantas para simular toda clase de coberturas detierra. El modelo puede diferenciar entre plantas anuales y perennes.Las plantas anuales crecen de la fecha que plantacin a la fecha de cosecha o hasta que las unidadesde calor acumuladas igualen las unidades potenciales de calor para la planta. Las plantas perennesmantienen sus sistemas de raz a travs del ao, llegando a ser inactiva en los meses de invierno.Ellas reanudan el crecimiento cuando el promedio de temperatura area diaria excede el mnimo, ola base, la temperatura requerida. El modelo del crecimiento de la planta es utilizado para valorar laeliminacin de agua y nutrientes de la zona de la raz, transpiracin, y de la produccin de biomasa.

CRECIMIENTO POTENCIAL.El incremento potencial en la biomasa de planta en un da dado es definido como el aumento en labiomasa bajo condiciones ideales de crecimiento. El aumento potencial en la biomasa por un da esuna funcin de la energa interceptada y la eficiencia de la planta para convertir energa hacia labiomasa. La intercepcin de la energa es estimada como una funcin de la radiacin solar e ndicedel rea de la hoja de la planta.

TRANSPIRACION ACTUAL Y POTENCIAL.El proceso usado para calcular la transpiracin potencial de plantas es descrita en la seccin de la

evapotranspiracin. La transpiracin verdadera es una funcin de la transpiracin potencial ydisponibilidad de agua de tierra.

ABSORCION DE NUTRIENTES.El uso de nitrgeno y fsforo en plantas se estima con un enfoque de oferta y demanda donde elnitrgeno diario de la planta y demandas de fsforo son calculados por la diferencia entre laconcentracin verdadera del elemento en la planta y la concentracin ptima. La concentracinptima de los elementos vara con la etapa de crecimiento as como es descrito por Jones (1983).

LIMITE/RESTRICCION DE CRECIMIENTO. El crecimiento potencial de laplanta y el rendimiento generalmente no son logrados debido a limitaciones impuestas por elambiente. El modelo estima presin ocasionada por el agua, los nutrientes y la temperatura.

0.2.1.4 EROSIONLa produccin de erosin y sedimento se estima para cada HRU con la ecuacin modificada deprdida universal de suelo (MUSLE) (William, 1975). Mientras el USLE utiliza lluvia como unindicador de energa erosiva, MUSLE utiliza la cantidad de prdidas para simular la produccin deerosin y sedimento. La sustitucin tien

swat2005-theo-doc-spanish.pdf

Documents