UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTN- TARAPOTO FACULTAD DE ECOLOGA E.A.P. INGENIERA AMBIENTALCTEDRA: HIDROLOGA

TEMA: DEFINICIN DE HIDROLOGIA, IMPORTANCIA, CICLO HIDROLGICO Y BALANCE.

DOCENTE: Ing. JUAN CARLOS ROJAS VASQUEZ

CICLO: V

MOYOBAMBA MARZO2015

I. INTRODUCINDesde sus inicios hasta la fecha, la hidrologa ha evolucionados de una curiosidad meramente filosfica hasta convertirse en una disciplina cientfica que forma parte de las llamadas ciencias de la tierra como lo son la geologa, la climatologa, la meteorologa y la oceanografa.En la actualidad la Hidrologa, como disciplina cientfica, estudia la ocurrencia, distribucin movimiento y caractersticas del agua en la tierra y su relacin con el medio ambiente.Uno de los puntos importantes que se debe conocer, al abarcar el tema de Hidrologa, es el ciclo hidrolgico que, en trminos sencillos, se refiere al movimiento continuo y circulacin de agua entre la Tierra y la atmsfera. Valga la aclaracin que, no existe un punto de partida en el ciclo del agua en la tierra pero lo que s est claro es que se basa en todos los estados del agua: gas, lquido y slido.Otro de los temas importantes a tratar es el Balance Hidrolgico que relaciona las variables que intervienen en el ciclo hidrolgico, y se aplica cuando se realiza una distribucin de los recursos hidrulicos a nivel global, o en cuencas particulares.II. OBJETIVOS Conocer la importancia de la Hidrologa y su relacin con otras ciencias. Explicar el Ciclo Hidrolgico con cada uno de sus componentes. Comprender el Balance hidrolgico.

III. MARCO TERICO3.1. DEFINICIN.Segn Mximo Villn Bjar, La hidrologa es una ciencia natural que estudia el agua, su ocurrencia, circulacin, y distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su relacin con el medio ambiente, incluyendo los seres vivos.Segn el Consejo Federal de Ciencia y Tecnologa establecido por el presidente de Estados Unidos en 1959: Hidrologa es la ciencia que trata de las aguas sobre la tierra, su ocurrencia, circulacin y distribucin, sus propiedades qumicas y fsicas y su reaccin con el medio ambiente, incluyendo su relacin con los seres vivos. El dominio de la Hidrologa abarca toda la historia de la vida del agua en la tierra.La Hidrologa, segn Dingman (1994), es La ciencia que se enfoca al ciclo hidrolgico global y a los procesos involucrados en la parte continental de dicho ciclo, es decir, es la geociencia que describe y predice: Las variaciones espaciales y temporales del agua en las etapas terrestre, ocenica y atmosfrica del sistema hdrico global y; El movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre, incluyendo los procesos qumicos, fsicos y biolgicos que tienen lugar a lo largo de su trayectoria.

3.2. IMPORTANCIA.La importancia de la hidrologa se ve reflejada en que proporciona al ingeniero o a quien lo requiera diversos mtodos para la resolucin de problemas prcticos que se puedan presentar en el diseo, planeamiento, y ejecucin de estructuras hidrulicas fundamentalmente.

3.3. CICLO HIDROLGICO.Se denomina ciclo hidrolgico (Figura 1) al conjunto de cambios que experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su estado como en su forma (aguas superficiales, aguas subterrneas, etc.).El ciclo hidrolgico, es completamente irregular y es precisamente contra estas irregularidades con las que lucha el hombre. Una muestra de ello, son los perodos de satisfaccin con los requerimientos del agua, para las diferentes actividades (uso poblacional, irrigacin, generacin de energa elctrica, uso industrial), otros perodos de sequias y otros de inundaciones.Como todo ciclo, el hidrolgico no tiene principio ni fin, y su descripcin puede comenzar en cualquier punto. El agua se encuentra sobre la superficie terrestre, ros, lagos y mares, se evapora bajo el efecto de la radiacin solar y el viento. El vapor resultante es transportado por las masas de aire en movimiento. En determinadas condiciones el vapor se condensa formando las nubes, que a su vez, pueden ocasionar precipitaciones que caen a la tierra. Durante su trayecto hacia la superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a evaporarse, o ser interceptada por las plantas o las construcciones, luego fluye por la superficie hasta las corrientes, o se infiltra. El agua interceptada y una parte de la infiltrada y de la que corre por la superficie se evapora nuevamente. De la precipitacin que llega a las corrientes, una parte se infiltra y otra llega hasta los ocanos y otras formas grandes de masa de agua como los lagos. El agua que se infiltra satisface la humedad del suelo y abastece los depsitos subterrneos, de donde puede fluir hacia las corrientes de los ros, o bien descargar en los ocanos; La que queda detenida en la capa vegetal del suelo es regresada a la atmsfera por transpiracin.

Figura 1: Ciclo hidrolgico completoEl ciclo hidrolgico, es de suma importancia bsica para delimitar el campo de la hidrologa, la cual comprende la fase entre la precipitacin sobre el terreno y su retorno a la atmsfera o al ocano; corresponde el anlisis de la atmsfera a la meteorologa y el estudio del ocano a la oceanografa.3.3.1 Componentes del ciclo hidrolgico. 3.3.1.1. Precipitacin.La formacin de la precipitacin requiere la elevacin de una masa de agua en la atmsfera de tal manera que se enfre y parte de su humedad se condense. La condensacin requiere de una semilla llamada el ncleo de condensacin, alrededor del cual las molculas del agua se pueden unir (Chow, 1994). Si la temperatura se encuentra por debajo del punto de congelamiento, se forman cristales de hielo. Algunas partculas de polvo que flotan en el aire pueden actuar como ncleos de condensacin. Las partculas que contienen iones son efectivas como ncleos debido a que los iones atraen por electroesttica las molculas de agua enlazadas polarmente. Los iones en la atmsfera incluyen partculas de sal que se forman a partir de la evaporacin de espuma marina y compuestos de sulfuro y nitrgeno que provienen de la combustin. Los dimetros de estas partculas varan entre 10-3 y 10 m y se conocen como aerosoles.Las pequeas gotas de agua crecen mediante la condensacin e impacto con las ms cercanas a medida que se mueven por la turbulencia del aire, hasta que son lo suficientemente grandes para que la fuerza de la gravedad sobrepase la fuerza de friccin y empiezan a caer, incrementando su tamao cuando golpean otras gotas en su descenso. Pero, a medida que la gota cae el agua se evapora de su superficie y su tamao disminuye, de tal manera que el tamao puede reducirse nuevamente al tamao de un aerosol y desplazarse hacia arriba en la nube debido a la turbulencia.Una corriente ascendente de solo 0,5 cm/s es suficiente para arrastrar una gota de 10 m. El ciclo de condensacin, cada, evaporacin y elevacin se repite en promedio unas diez veces antes de que la gota alcance un tamao crtico de 0,1 mm, que es suficientemente grande para que caiga a travs de la base de la nube.Las gotas permanecen esfricas hasta un dimetro de alrededor de 1 mm, pero empiezan a aplanarse en el fondo cuando aumenta su tamao y dejan de ser estables en su cada al atravesar el aire dividindose en pequeas gotas de lluvia. Las gotas de lluvia normales que caen a travs de la base de una nube tienen de 0,1 a 3 mm de dimetro.A. Formas de precipitacin.La precipitacin incluye lluvia, nieve y otros procesos mediante los cuales el agua cae a la superficie terrestre, tales como granizo y nevisca. Segn Linsley y otros (1977), las precipitaciones lquidas o slidas se presentan en distintas formas: Llovizna: Consiste en pequeas gotas de agua, con dimetro variable entre 0,1 y 0,5 mm, con velocidad de cada muy baja. Por lo general, la llovizna precipita de los estratos bajos de la atmsfera y muy rara vez sobrepasa el valor de 1mm/h de intensidad. Lluvia: Segn la definicin oficial de la Organizacin Meteorolgica Mundial, la lluvia es la precipitacin de partculas lquidas de agua, de dimetro mayor de 0,5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas.

Escarcha: es una capa de hielo, generalmente transparente y suave, que contiene bolsas de aire. Se forma en superficies expuestas, por el congelamiento de agua superenfriada que se ha depositado en ella, por llovizna o lluvia. Tambin existe otro tipo de escacha, que es opaca y consiste en depsitos granulares de hielo separado por aire atrapado. Se forma por el rpido congelamiento de la gotas de agua sobreenfriadas, que caen sobre los objetos expuestos.

Nieve: est formada por cristales de hielos blancos o traslcidos de forma compleja y aglomerados. Estos conglomerados pueden formar copos de nieve que pueden llegar a tener varios centmetros de dimetro. La densidad de la nieve fresca vara, por lo general, una capa de nieve acumulada de125 a 500 mm, representan una lmina de agua lquida de 25.0 mm.

Bolsitas de nieve: o granizo suave, son partculas de hielo redondeadas, blancas u opacas, con una estructura similar a la de los copos de nieve y de 2 a 5 mm de dimetro. Las bolsitas de nieve son suaves y se rompen fcilmente al golpear en superficies duras.

Granizo: es precipitacin en forma de bolas o trozos irregulares de hielo, que se produce por nubes convectivas, la mayora de ellas de tipo cmulo-nimbus. El granizo puede ser esfrico, cnico o de forma irregular y su dimetro vara entre 5 a ms de125 mm.

Bolas de hielo: estn compuestas de hielo transparente o traslcido. Pueden ser esfricas o irregulares, y cnica, por lo general, tienen menos de 5 mm de dimetro. Las bolas de hielo rebotan cuando golpean en superficies duras y producen gran ruido en el momento del impacto. Son granos slidos de hielo formados por el congelamiento de gotas de agua o por el recongelamiento de cristales de hielo que se han fundido.

B. Tipos de precipitacinDe acuerdo a los fenmenos meteorolgicos, las precipitaciones (Figura 2) pueden clasificarse en: precipitaciones por conveccin, precipitaciones orogrficas y precipitaciones ciclnicas o de frentes:

Figura 2: Diferentes tipos de precipitaciones Precipitaciones convectivas: son causadas por el ascenso de aire caliente saturado o no, ms liviano que el aire fro de los alrededores. Durante su ascenso, las masas de aire se enfran segn un gradiente de 1C por 100 m (seco) o 0,5C por 100 m (saturado); cuando alcanza el punto de condensacin, se produce la formacin de nubes. Si la corriente de conveccin vertical inicial es intensa, el sistema nuboso puede alcanzar una zona de temperaturas muy bajas o un grado de turbulencia fuerte, que pueden desatar la lluvia. La precipitacin convectiva es de corta duracin, puntual y su intensidad puede variar entre una llovizna ligera y un aguacero. Son caractersticas de las regiones ecuatoriales, donde los movimientos de las masas de aires, son esencialmente verticales. Las nubes se forman durante la maana bajo la accin de la insolacin intensa y por la tarde o al anochecer, se presenta un violento aguacero acompaado de relmpagos y trueno. Durante la noche, las nubes se disuelven y en la maana, el cielo se presenta generalmente claro.Las precipitaciones convectivas tambin tienen lugar en la zona templada, en los perodos calientes casi siempre bajo la forma de aguaceros violentos y puntuales.

Precipitaciones orogrficas: cuando las masas de aire cargadas de humedad que se desplazan del ocano a los continentes encuentran una barrera montaosa, tienden a elevarse y se produce un enfriamiento que puede generar una cobertura nubosa y desatar precipitaciones. Las precipitaciones orogrficas se presentan bajo la forma de lluvia o de nieve en la direccin hacia la que sopla el viento (vertientes sotavento de la barrera montaosa). La obstruccin en el trayecto de las masas de aire hmedo por un macizo montaoso en la direccin desde donde sopla el viento (vertiente a barlovento), produce una zona de pluviosidad dbil. El aire al descender sobre esa vertiente se calienta y disminuye su humedad relativa, puede generar un rgimen de vientos secos y calientes que da nacimiento a zonas semiridas o ridas.

Precipitaciones frontales: este tipo de precipitaciones estn asociadas a las superficies de contacto (frente) entre masas de aire de temperatura y humedad diferentes. La precipitacin frontal resulta del levantamiento de aire clido sobre una masa de aire denso y fro. La velocidad de ascenso de la masa de aire caliente es relativamente baja. La precipitacin puede extenderse de 300 a 500 km por delante del frente y es generalmente lluvia que vara entre ligera y moderada. La precipitacin de frentes fros es de corta duracin, se forma cuando el aire clido es obligado a ascender por una masa de aire fro en movimiento. Los frentes fros se mueven ms rpidamente que los frentes clidos y sus superficies frontales son menos inclinadas. Como consecuencia de esto, el aire clido se eleva ms rpidamente y el monto de precipitacin es, por lo general, mayor.

C. CARACTERISTICAS DE LAS PRECIPITACIONES.Tres parmetros importantes a considerar con respecto a las tormentas son: intensidad, frecuencia y extensin superficial.

INTENSIDAD.La intensidad de las precipitaciones, est en relacin con el volumen de precipitaciones que se producen en un perodo de tiempo previamente establecido, y es un dato de mucha importancia para los Hidrlogos vinculado con la prevencin del flujo hdrico y para establecer criterios de conservacin de suelos.La intensidad tiene que ser determinada a partir de la carta de registros de los valores ocurridos de precipitacin. Los resultados pueden ser presentados a travs de una grfica de intensidad - duracin. FRECUENCIA.Resulta esencial conocer el perodo de tiempo promedio en el cual un volumen especificado de precipitacin o intensidad puede llegar a ocurrir, de acuerdo a evaluaciones estadsticas. Este es conocido como perodo de retorno o intervalo de recurrencia. EXTENSIN SUPERFICIALLos totales de precipitaciones que puedan llegar a ocurrir, dependen obviamente del tipo y escala del sistema de tormentas locales, disturbios tropicales, o depresiones extra tropicales y de todos los factores determinantes del clima de la regin en la que se encuentre la cuenca de estudio.3.3.1.2. Evaporacin y evapotranspiracin: Se define como evaporacin (figura 3) al proceso fsico por el cual el agua pasa del estado lquido al gaseoso y representa la tasa neta de transporte de vapor hacia la atmsfera. El cambio de estado de lquido a vapor se debe a la radiacin solar que brinda la energa necesaria para que las molculas del agua cambien de estado. Adems de la radiacin solar, las variables meteorolgicas que intervienen en la evaporacin, particularmente de las superficies libre de agua, son la temperatura del aire, velocidad de viento, tensin de vapor humedad relativa del ambiente, determinando el poder evaporante de la atmsfera, que es la capacidad del aire que rodea a la superficie evaporante para admitir vapor de agua.La evaporacin puede ser de distintas procedencias: evaporacin de superficie de agua libre, como ser lagos, tanques, cursos de agua, etc., evaporacin del agua del suelo y transpiracin de plantas, que tambin toman agua del suelo por medio de sus races. Estas dos ltimas son muy difciles de cuantificar o estimar en forma separada, por lo tanto se engloban en una sola variable denominada evapotranspiracin.De la precipitacin que llega al suelo desde la atmsfera, un gran porcentaje vuelve en forma de evaporacin desde ros, lagos, lagunas, ocanos y mares y como evapotranspiracin (evaporacin desde el suelo y transpiracin de las plantas). Otro porcentaje se infiltra y llegar quizs, segn las condiciones del suelo, a alimentar su humedad y por percolacin alimentar los acuferos. Otro porcentaje escurrir sobre la superficie del terreno hasta alcanzar los cauces de los ros y los mares, para completar as el ciclo hidrolgico.La evaporacin es una variables fundamental del ciclo hidrolgico, si se tiene en cuenta que aproximadamente el 70% del agua que precipita es devuelta a la atmsfera por dicho proceso.

Figura 3: Evaporacin del agua3.3.1.3. Infiltracin, percolacin y aguas subterrneas: Se denomina infiltracin al proceso de entrada de agua a travs del suelo proveniente de lluvia, derretimiento nival o irrigacin.Para que exista infiltracin, debe existir: una fuente de abastecimiento de agua: lluvia, riego o agua acumulada en depresiones. un receptor de esa infiltracin: el suelo, a travs de su capacidad de almacenamiento.3.3.1.4. Escurrimiento superficial, cuenca hidrogrfica y aguas superficiales: Un ro drena un rea determinada que se denomina rea de captacin o cuenca o cuenca hidrogrfica. Los lmites de esta rea estn definidos por zonas ms elevadas del terreno que constituyen las divisorias de agua. El conjunto de todos los cursos de agua (ros principales, afluentes, tributarios, arroyos, etc.) que confluyen en un curso de agua principal, se denomina red de drenaje superficial.

Figura 4: Escurrimiento superficial3.4. BALANCE HIDROLGICO.El Balance Hidrolgico relaciona las variables que intervienen en el ciclo hidrolgico: precipitacin, evapotranspiracin, escurrimiento superficial, almacenamiento superficial y subterrneo y flujo de agua subterrnea. Se aplica cuando se realiza una distribucin de los recursos hidrulicos a nivel global, o en cuencas particulares. Es imprescindible en los estudios de regulacin de embalses y en los proyectos de suministro de agua para acueducto, riego y generacin hidroelctrica.El clculo del balance hdrico en una cuenca o en una regin determinada permite obtener informacin sobre: el volumen anual de escurrimiento o excedentes; el perodo en el que se produce el excedente y por tanto la infiltracin o recarga del acufero; y el perodo en el que se produce un dficit de agua o sequa y el clculo de demanda de agua para riego en ese perodo. El establecimiento de un balance supone la medicin de flujos de agua (caudales) y almacenamientos de la misma (niveles). Se pueden establecer balances de forma general, incluyendo aguas superficiales y subterrneas y parciales de slo aguas superficiales, de un acufero, del agua del suelo, etc. En cualquier caso, a la hora de establecer el balance se examinan las entradas y las salidas en el sistema analizado (Figura 5), es decir, se aplica la Ecuacin de Continuidad sobre un volumen de control delimitado por una superficie de referencia a travs de la cual el agua se mueve desde la parte interna a la externa y viceversa, siendo un sistema abierto a flujos de masa, cantidad de movimiento y de energa. As, el balance se reduce a la cantidad de agua que queda almacenada:Entrada - Salida = Variacin del almacenamiento

En general, se puede afirmar que del agua que cae en un determinado sitio (precipitacin = P), una parte vuelve a la atmsfera, ya sea por evaporacin directa o por transpiracin de la vegetacin (evapotranspiracin = ETR); otra parte escurre por la superficie (escorrenta superficial = ES) confluyendo a travs de la red de drenaje hasta alcanzar los cauces principales y finalmente el mar, y el resto se infiltra en el terreno y se incorpora al sistema de aguas subterrneas o acufero (infiltracin= I). Estas magnitudes deben cumplir con la ecuacin del balance hidrolgico:CAPTACIN EVAPOTRANSPIRACIN = ESCORRENTA SUPERFICIAL + INFILTRACIN

Basndose en lo anterior y considerando el volumen de control mostrado en la Figura 1.6, la ecuacin general del Balance Hidrolgico en una cuenca determinada tiene la siguiente forma:P Q G = ET + S(1.1)S= P Q G ET(1.2)Donde: P es la precipitacin en el perodo seleccionado.Q es el caudal superficial que sale de la cuenca que se analiza.G constituye el flujo neto de aguas subterrneas desde la cuenca hacia el exterior. ET representa la evapotranspiracin real en la cuenca.S es el cambio en almacenamiento superficial (en los cuerpos hdricos superficiales o en el manto nieve) y subterrneo (la fraccin de agua en la zona no saturada del suelo y el acufero). Incluye almacenamiento en cauces, embalses, suelo y acuferos.

Figura 5 Ejemplo de un volumen de control en una cuenca hidrogrfica donde se tiene como entrada la precipitacin y salida el caudal Q (t)

3.5. RELACIN DE LA HIDROLOGA CON OTRAS CIENCIAS.La hidrologa est muy relacionada con otras ciencias bsicas tales como la fsica, la qumica, la biologa, la geologa, la mecnica de fluidos, la matemtica, la estadstica. Dentro de la hidrsfera, la hidrologa cruza o forma parte de la potamologa (cauces superficiales), limnologa (lagos), criologa (nieve y hielo), glaciologa y oceanologa. En la litosfera, la hidrologa se relaciona con la agronoma, hidrogeologa (Parte de la geologa que estudia el ciclo de las aguas superficiales y subterrneas, as como su prospeccin, captacin y proteccin.) y geomorfologa (estudia la figura del globo terrqueo y la formacin de los mapas).

IV. CONCLUSIONES El ciclo hidrolgico, es de suma importancia bsica para delimitar el campo de la hidrologa, la cual comprende la fase entre la precipitacin sobre el terreno y su retorno a la atmsfera o al ocano. La evaluacin de los recursos hdricos de una cuenca requiere de una estimacin correcta del balance hidrolgico, es decir, comprender el ciclo en sus diferentes fases, la forma en que el agua que se recibe por precipitacin se reparte como parte del proceso de evapotranspiracin, escorrenta e infiltracin.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRFICASFattorelli S &Fernandez P. (2011) DISEO HIDROLGICO. Villo Bejar M, (2011). HIDROLOGA. Editorial Villon. Tercera edicin. Lima PerBrea Puyol A & Jacoba Villa M. Principios y Fundamentos de la Hidrologa Superficial. Universidad Autnoma Metropolitana.