1. introducción al estudio de la hidrología - balance hídrico

7/21/2019 1. Introduccin Al Estudio de La Hidrologa - Balance Hdrico

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tructor: Ing. Gel. Jos Herrera Garca 10/12/20

drologa Bsica (070-3453)

Universidad de OrienteNcleo de Bolvar

Escuela de Ciencias de la TierraDepartamento de Ingeniera Civil

Geologa General (070-3154)

Instructor:Ing. Gel. Jos G. Herrera Garca

Ciudad Bolvar, Diciembre de 2008

1.1 Introduccin al estudio de la Hidrologa.

1.2 El ciclo hidrolgico.

1.3 El sistema hidrolgico.

1.4 Modelo del sistema hidrolgico.

1.5 Clasificacin de los modelos hidrolgicos.

10/12/2008 1:03 p.m. 1. Introduccin al estudio de la Hidrologa - Balance hdrico 2


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Ciclo del agua.

Balance hdrico.

Sistema hidrolgico.

Sistema hidrolgicoglobal.

Sistema hidrolgicoregional (local).

Volumen de control.

Hidrologa.

Modelo hidrolgico.

Cuenca (hoya).



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Definicin de Hidrologa. Desarrollo histrico de la

Hidrologa.

Enseanza de la Hidrologaen Venezuela. Clasificacin de la Hidrologa

a nivel de pregrado.

Divisin de la Hidrologa.

Ciencias auxiliares de laHidrologa.

Materia que trata laHidrologa Superficial.

Hidrologa Aplicada(Ingeniera Hidrolgica). Objetivos de la Hidrologa

Aplicada.

Aplicaciones de laHidrologa.

Institutos y agenciasgubernamentalesencargados de los asuntoshidrolgicos.

Prctica N 1.


Hidro (agua) y logos(estudio, doctrina).

Es una Ciencia de la Tierra. Abarca la historia completa

del agua sobre la Tierra.

Estudia las diferentes fasesdel ciclo hidrolgico, esdecir, la circulacinininterrumpida del agua entrela Tierra y la atmsfera.

Abarca todas las cienciashdricas: Las aguas ocenicas son del

dominio de la ingenieraocenica y de las cienciasmarinas (oceanografa).



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Trata la presencia del agua en la Tierra:

Su ocurrencia (existencia), circulacin(movimiento) y distribucin (en la atmsfera, enla superficie del terreno y en el subsuelosuelo yrocas supra e infrayacentes).

Sus propiedades fsicas y qumicas.

Su interaccin (influencia) con el medio ambiente.

Su relacin con los seres vivos y en particular conel hombre.


Es una ciencia amplia e interdisciplinaria:

Est lejos de tener un desarrollo completo.

Se apoya en otras ciencias auxiliares (eclctica):

Requiere material de otras ciencias para su propiainterpretacin y uso.

Aplica varios mtodos analticos y estadsticos.

El conocimiento hidrolgico se emplea para:

Uso y control de los recursos hdricos.

Diseo de obras de defensa.



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Imposibilidad de fijar una fechaexacta para el nacimiento de esta

ciencia

Origen en varias esferasconexas:

Geografa fsica.

Meteorologa.

Geologa.

Hidrulica. Entre otras.

Inicios vinculados a:

Primeras obras deingeniera de laantigedad que servanpara abastecer de agua alas ciudades o para regar

campos de cultivo. Los intentos de

eminentes eruditos porcomprender el mediofsico que nos rodea.



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Por evidente que pueda parecer el ciclohidrolgico (concepto fundamental)hoy, hubo de transcurrir mucho tiempo paraque se lograra comprender su mecanismo:

Ni siquiera los intelectos ms brillantes delRenacimiento pudieron evitar algunas hiptesisfalsas.


Se reconocen diez perodos (despus de Chow, 1964): Perodo de la especulacin.

Perodo de la observacin.

Perodo de las mediciones.

Perodo de la experimentacin.

Perodo de la modernizacin.

Perodo del empirismo.

Perodo de la racionalizacin.

Perodo de la teorizacin.

Perodo de la globalizacin.

Perodo de la virtualizacin.



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Polin (Roma)

[explic la teora de la infiltracin]

Hombre prehistrico: Primer proyecto hidrulico

perdido quiz en la brumade la prehistoria.

Probablemente algnhombre prehistricodescubri que una pila derocas colocadas a travsde una corriente elevabael nivel del agua lo

suficiente como parainundar los terrenos queeran la fuente de sualimentacin y de estaforma suministraba aguadurante una sequa.


Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Prehistoria

Fuente:Kazmann,R.G.

(1969),Hidrologa

moderna,p.

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Antiguos griegos y romanos Homero (1000 a.C.), poeta /

Tales de Mileto, Platn yAristteles (Grecia), filsofos/ Lucrecio, Sneca y Plinio elviejo (Roma), filsofos: Especularon acerca de la

circulacin del agua sin basescientficas.

Aceptaban que los ocanoseran la fuente final de toda elagua pero no podan imaginarque la cantidad de

precipitacin es igual o mayorque la cantidad de escorrenta(crean lo contrario!).

Crean que el agua de losocanos se movasubterrneamente hasta labase de las montaas. All sedesalinizaba en forma naturaly ascenda en forma de vapora travs de conductos hasta lacumbre de las montaasdonde se condensaba yescapaba en el nacimiento delas corrientes.

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Homer

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Sanzio_01_Plato_Aristotle.jpg

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Plinio_el_Viejo

Anaxgoras deClazomene (500-428a.C.), filsofo griegopresocrtico: Ide una versin primitiva

del ciclo hidrolgico.

Crea que el Sol evaporabael agua del mar hacia laatmsfera, desde dondecaa como lluvia, y formabalas reservassubterrneas, las cualesalimentaban los caudalesde los ros.


Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Anax%C3%A1goras_de_Clazomene


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Teofrasto (372-287a.C.), filsofo griego:

Describi en formacorrecta el ciclohidrolgico en laatmsfera.

Explic lgicamente laformacin de laprecipitacin por mediode la condensacin y delcongelamiento.


Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Teofrasto

Fuente:h

ttp://www.sommosite.i

t/ssite4/ss4_a

rch/immagini/dearch.jpg

Fuente:http://commons.wikimedia.org/wiki/Marc

us_Vitruvius_Pollio


Marco Vitruvio Pollio(80 a.C.-20 a.C.), arquitectoe ingeniero romano: Estudi los trabajos de

Teofrastos. Precursor de la versin

moderna del ciclo hidrolgico. Primero en reconocer el papel

jugado por la precipitacin tal

como se acepta en la actualidad. Extendi la explicacin de

Teofrasto al afirmar que elagua subterrnea se derivaprincipalmente de la lluvia y lanieve infiltradas a travs de lasuperficie del suelo.


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Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Oracle_bone_script

Las civilizacionesasiticas antiguas:

Desarrollaron una lneade pensamientoindependiente.

Sus ideas notrascendieron alpensamientooccidental.

China (1200 a.C.):Registraron

observaciones delluvia, nevizca, nieve yviento en el orculo dehuesos de Anyang.

Probablemente usaronpluvimetros (1000 a.C.)(?).

Establecieron quiz una

medicin sistemtica dela lluvia (200 a.C.) (?)


Concibieron el ciclohidrolgico como dinmico(900 a.C.): Pequeas canciones

tradicionales volumen delLibro de odas (Shi Ching)(annimo, 900-500a.C), relata:

La lluvia y la nieve sonintercambiables y sevuelven nevisca atravs de la primera

[rpida]condensacin.

Fan Li (400 a.C.), en su libroChi Ni tzu o El libro delmaestro Chi Ni), relata:

el viento *quecontiene humedad] eschi [fuerza demovimiento o energa]en el cielo y la lluvia eschi del suelo. El vientosopla de acuerdo conla poca del ao y lalluvia cae debido alviento [porcondensacin].Podemos decir que elchi en el cielo semueve hacia abajo[por precipitacin]mientras que el chidel suelo se muevehacia arriba [a travsde la evaporacin+.



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Tomadodehttp://sanskritdocuments.org/doc_upanishhat/

India (segunda mitad delsiglo IV a.C.): Primeras mediciones

cuantitativas de lluvia.

Ciclo hidrolgico dinmico(400 a.C.): Upanisads (400 a.C.), se

relata:

Los ros en el estefluyen hacia el este, losros en el oeste fluyenhacia el oeste, y todosentran en el mar. Demar a mar pasanellos, las nubes loslevantan hacia el cielocomo vapor y losenvan hacia abajocomo lluvia.

Persia: Ciclo hidrolgico dinmico

(siglo X): Karaji (1016 d.C.), en su libro

Extraccin del agua oculta(libro ms antiguo sobrehidrologa ?) escribe:

Los manantialesvienen de aguasocultas dentro de laTierra, mientras quelas aguas en lasuperficie de la Tierravienen de la lluvia y lanieve y la lluvia y lanieve se filtran en laTierra, mientras queslo el exceso del aguacorre hacia el mar.



Frontino (97 d.C.):

Estim el flujo en reasde seccionestransversales sinconsiderar la velocidadde ste.


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Leonardo Da Vinci (Roma)

[concibi el ciclo hidrolgico (moderno)]

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Da_Vinci

El Renacimiento (siglosXV y XVI):

Cambio gradual desdelos conceptospuramente filosficos dela hidrologa hacia una

ciencia observacional.


Leonardo Da Vinci(1452-1519):

Segundo en sugerir unconcepto moderno delciclo hidrolgico.

Sus notas contienen msreferencias relacionadascon hidrulica que concualquier otra materia(segn Frazier, 1974 cit.por Chow et al., 2000).


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Vejiga

Vara

Roca

Realiz los primeros estudiossistemticos de ladistribucin de velocidad enlos ros, utilizando una varalastrada que se mantena aflote por medio de una vejigaanimal inflada: La vara era liberada en un

punto de lacorriente, mientras lcaminaba a lo largo de laorilla, meda su avance con unodmetro y calculaba la

diferencia entre lasvelocidades de la superficie yel fondo por el ngulo queformaba la vara con lasuperficie del agua.

Luego colocaba la vara endiversos de la seccintransversal de la corriente ytrazaba la distribucin develocidad a lo ancho del canal.


Fuente: Chow, Maidment y Mays (2000)


Conclusiones de suobservacin (segnMacCurdy, 1939 cit. por Chowet al., 2000): Del agua con

peso, profundidad, ancho ydeclive (pendiente)uniformes aquella porcinms rpida es la cercana a lasuperficie; esto ocurreporque el agua que est msarriba es contigua al aire, elcual ofrece una resistenciapequea porque es msliviano que el agua; el aguaque est debajo es contiguaa la tierra, la cual presentauna gran resistencia porpermanecer inamovible y serms pesada que el agua.

Antes de Leonardo Da Vincise pensaba que el agua fluams rpidamente en el fondode un ro puesto que si dosagujeros eran abiertos en lapared de un tanque quecontena agua, el flujo delagujero inferior era msrpido que el flujo delsuperior.


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Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Bernard_Palissy


Bernard Palissy (1510-1589), cientficohugonote francs:Refut una antigua teora

que sostena que lascorrientes eranalimentadasdirectamente por el mar.

Demostrque los ros ymanantiales se originan

de la lluvia.

Finales del siglos XVI:Existan casi todos los

elementos necesariospara fundar la hidrologa:

Falta dereconocimiento de lahidrologa como unaciencia especfica.

Reconocimientoobtenido a medida quefue evolucionando en el

transcurso de los tressiglos siguientes.

Perrault y Mariotte

[demostraron que la lluvia es la fuente de abastecimientode las fuentes superficiales]


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Siglo XVII: Pierre Perrault (1608-1680), naturalista francs: De lorigine des fontaines (1674):

Marca el principio de lahidrologa cientfica:

Interpretacin modernadel ciclo hidrolgico.

Midi la escorrenta y encontrque solamente era una fraccinde la lluvia, demostrandocuantitativamente que:

Caudal (Q) = 1/6Precipitacin (P)

La lluvia era una fuentepara la escorrenta.

El resto de la precipitacinse perda portranspiracin, evaporacin y desviacin.

Estaba en lo correcto!

Tricentenario celebrado en 1974.


Fuente: http://orpheus.ucsd.edu/speccoll/weather/b4164515.html

Edmund Halley (1656-1742)[demostr que la evaporacin del agua del mar es suficiente para

explicar las fuentes y corrientes del mundo]Henry Darcy (1856)

[explic el flujo del agua subterrnea en medios porosos]


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Siglo XVII: Edmond Halley (1656-1742), astrnomo ingls:

Midi la precipitacin conun pequeo recipiente yestim la evaporacin delmar Mediterrneo a partirde esos datos.

Estableci que laevaporacin daba paraalimentar el caudal detodos los ros conocidos.

Encontr una relacinentre la evaporacin, laprecipitacin y el caudal!


Fuente:http://en.w

ikipedia.org/wiki/Edmond

_Halley

Fuente:http://www.dmi.dk/dmi/stor_instrumenter.jpg

Fuente:http://chezy.sdsu.e

du/

Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Jakob

_Bernoulli

Siglos XVIII:

Incremento de lamedicin yexperimentacin enhidrulica.

Descubrimiento denuevos principioshidrulicos:Ecuacin de Bernoulli.

Ecuacin de Chezy.

Desarrollo de ms ymejores instrumentos:Pluvigrafo de cubeta

basculante.

Correntmetro.



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Forchheimer (1886)

[aplic mtodos modernos de estimacin delas caractersticas de un acufero]

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/John_Dalton

Siglos XIX:

Rpido avance de lahidrologa.

Reconocimientodefinitivo de lahidrologa comodisciplina.

Dalton (1802):Estableci un principio

para la evaporacin.

Cirujano general delejrcito EE.UU. (1819)(?):Medidas organizadas de

precipitacin.

Encargadas a la:

Signal Corps(1870).

U.S. WeatherBureau (1891).

National WeatherService (1970).



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Hagen-Poiseuille (1839):Describieron la teora del

flujo capilar.

EE.UU. (1846) (?):Medidas aisladas de

escorrenta en el roMississippi. Encargadas a la:

U.S. GeologicalSurvey (1888):programa

sistemtico demedicin en estero.


Fuente: http://xtronics.com/reference/viscosity.htm

Fuente:http://manning.s

dsu.e

du/

Fuente:http://en.w

ikipedia.org/wiki/Henry_D

arcy

Mulvaney (1850):Propuso el mtodo

racional para determinarlas crecientes mximas.

Darcy (1856):Desarroll la Ley de flujo

en medios porosos.

Rippl (1883):Present un diagrama

para determinar losrequerimientos dealmacenamiento.

Manning (1891):Propuso una ecuacin

para el flujo en canalesabiertos.



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Meinzer (1920-1940)

[Analiz, defini y unific las diferentesfacetas de la Hidrologa]

Siglo XX: Desarrollo cuantitativo

de la Hidrologa (1930+).

Resolucin deproblemas hidrolgicosprcticos:

Empleo deaproximacionesempricas.

Reemplazamiento gradualdel empirismo por elanlisis racional deinformacin observada.

Reconocimiento de laHidrologa como unadisciplina aparte:Consolidacin debido a:

La publicacin de unaserie de Manuales deHidrologa.

El registro del progresocientficoen revistasespecializadas.

La creacin de centrose institutos deinvestigacinhidrolgica.



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Green y Ampt (1911):Desarrollaronun modelo

basado fsicamente parainfiltracin.

Hazen (1914): Introdujo el anlisis de

frecuencia para losmximos de creciente ylos requerimientos dealmacenamiento de

agua.

Richards (1931):Determinla ecuacin

que gobierna el flujo nosaturado.

Theis (1953)[Elabor la ecuacin de no equilibrio en aguas subterrneas en rgimen no

permanente donde introduce el tiempo y el almacenamiento][Se establecen laboratorios de Hidrologa]

[Uso de la estadstica para resolver problemas hidrolgicos]


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Sherman (1932):

Ide el mtodo dediagrama unitario paratransformar laprecipitacin efectiva enescorrenta directa.

Horton:

(1933): desarroll unateora de infiltracin.

(1945): realiz unadescripcin de la formade una cuenca de drenaje.


Fuente: http://www.agu.org/inside/honors.html

Gumbel (1941):

Propuso la Ley del valorextremo para losestudios hidrolgicos.


Fuente: http://www.isse.ucar.edu/extremevalues/extreme.html


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Hurst (1951):

Demostr que lasobservacioneshidrolgicas puedenexhibir secuencias paravalores bajos oaltos, que persisten a lolargode muchos aos.


Fuente: http://www.york.ac.uk/depts/maths/histstat/people/hurst.gif

United States Civil Services (1965): Reconocimiento del hidrlogo como una clasificacin de

trabajo.

Defini la serie de ocupaciones hidrolgicas como la que: incluye posiciones cientficas profesionales que tienen como

objetivo el estudio de la interrelacin y reaccin entre el agua y sumedio ambiente en el ciclo hidrolgico. Estas posiciones tienen las

funciones de investigacin, anlisis e interpretacin de losfenmenos de ocurrencia, circulacin, distribucin y calidad delagua en la atmsfera y en la superficie de la Tierra, as como en losestratos de suelo y roca. Tal trabajo requiere la aplicacin deprincipios bsicos tomados y complementados de campos talescomo la meteorologa, la geologa, la ciencia del suelo, la fisiologavegetal, la hidrulica y las matemticas avanzadas.



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[Uso del anlisis matemtico]

[Uso de las computadoras y de la Internet]

El advenimiento y uso de las computadoras hizoposible el anlisis hidrolgico a gran escala: Hoy en da se utilizan simulaciones computarizadas para la

resolucin de teoras complejas que describen losprocesos hidrolgicos.

Se reducen grandes cantidades de observaciones aresmenes estadsticos para un mejor entendimiento de

los fenmenos hidrolgicos y para establecer niveles dediseo. Las pc han brindado inmensa capacidad computacional

(p. ej. discos con gran capacidad de almacenamiento). Las hojas de clculo electrnicas (p. ej. Excel) han dado

nuevas ventajas.



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Avances en la electrnica y en la transmisinde datos:

Han hecho posible el envo instantneo deinformacin desde sensores remotos.

Desarrollo de programas en tiempo real para laprevencin de inundaciones y otras operacionesde recursos hdricos.



La evolucin del conocimiento y los mtodoshidrolgicos:

Han mejorado el alcance y la exactitud de lasolucin a problemas hidrolgicos.


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[Datos en lnea (tiempo real)]


Los problemas hidrolgicos afectandirectamente la vida y las actividades de grancantidad de personas: Un factor de riesgo siempre est presente, un

evento ms extremo que cualquier otro

histricamente conocido puede ocurrir encualquier momento.

Es responsabilidad del hidrlogo proveer el mejoranlisis que el conocimiento y la informacindisponible permitan.


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[Mundos virtuales (ciberespacio)]

Comunidades virtuales.

Internet y Web 2.0.

Su historia apenas comienza a escribirse!



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Escuela de Ingeniera Civil

Facultad de Ingeniera

Universidad Central de Venezuela (UCV)

nica institucin educativa que dicta estudios depregrado.

Ingeniero hidrometeorologista

Mencin:

Hidrologa, o Meteorologa.




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Hidrologa Bsica:

Aprendizaje y aplicacin deconocimientos primarios.

Hidrologa Aplicada:

Elaboracin de proyectoshidrometeorolgicos ehidrulicos.

Hidrologa Subterrnea:

Estudio de la hidrulica depozos, la hidroqumica y elmodelaje de acuferos.

Hidrologa Operativa:

Medicin e interpretacindel dato hidromtrico.

Hidrologa Avanzada:

Aplicacin de modelosmatemticos y analgicosa la unidad de estudiohidrogrfico conocidacomo cuenca.


Ponce y Palaniappan (1993-2006), afirman que laHidrologa se clasifica segn: Un modo general.

La escala temporal.

La regin climtica.

La regin ecolgica. La regin geomrfica.

Su metodologa de estudio.

El tpico.

Los campos relacionados.



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Hidrologa del agua enla atmsfera: Hidrometeorologa.

Hidrologa del agua enlos mares y ocanos: Oceanografa (aspectos de

masa y circulacin).

Hidrologa del agua terrestre: Hidrologa del agua superficial:

Potamologa: Agua de las corrientes

superficiales.

Limnologa:

Agua represada en loslagos y cinagas.

Glaceologa (criloga): Masas de nieve y hielo.

Hidrologa del aguasubsuperficial: Hidrologa del agua subterrnea

o del nivel freticofreatologa (agua de la zona desaturacin):

Hidrogeologa. GeoHidrologa.

Hidrologa de la zona deaireacin o zona vadosa (aguade la humedad del suelo).


Tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Blue_iceberg_south_polar_circle.jpg

Hidrologa de avenidas.

Hidrologa de sequas.

Hidrologa derendimiento decuencas.

Hidrologa de flujo debase.

Hidrologa de flujospequeos.



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Hidrologa de zonasridas y semiridas.

Hidrologa tropical.

Hidrologa nrdica.

Hidrologa polar.


Hidrologa de bosques.

Hidrologa de praderas.

Hidrologa de tierrassilvestres.

Hidrologa agrcola.

Hidrologa urbana.



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Hidrologa de cuencashidrogrficas.

Hidrologa de zonas nevadas. Hidrologa de zonas

montaosas/reas volcnicas. Hidrologa de piedemonte. Hidrologa de zonas crsticas. Hidrologa de conos aluviales. Hidrologa de llanuras

inundables. Hidrologa de corrientes de

agua.

Hidrologa de lagos. Hidrologa de humedales. Hidrologa de zonas de suelos

orgnicos. Hidrologa de costas y deltas. Hidrologa de estuarios. Hidrologa global. Hidrologa de hoyos en las

praderas.


Hidrologa determinstica. Hidrologa estocstica. Hidrologa estadstica. Hidrologa paramtrica. Hidrologa conceptual. Hidrologa analtica. Hidrologa numrica. Hidrologa terica. Hidrologa aplicada. Hidrologa experimental. Hidrologa cientfica. Hidrologa para ingenieros.

Hidrologa computacional. Hidrologa sinttica. Hidrologa cinemtica. Hidrologa dinmica. Hidrologa fsica. Hidrologa espacial. Hidrologa de sistemas. Hidrologa de campo. Hidrologa operacional. Hidrologa en lnea. Hidrologa descriptiva (?):

Hidrografa. Hidrometra:

Medicin de parmetroshidrolgicos.



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Hidrologa ambiental. Hidrologa de calidad del

agua. Hidrologa de

contaminantes. Hidrologa de drenaje. Hidrologa de minas. Hidrologa de embalses. Hidrologa de caminos y

puentes. Hidrologa de

navegacin.

Hidrologa nuclear. Hidrologa militar. Hidrologa econmica. Hidrologa

socioeconmica. Hidrologa histrica. Hidrologa arqueolgica. Hidrologa mdica. Hidrologa poltica. Hidrologa forense.


EcoHidrologa.

PaleoHidrologa.

Hidrometeorologa.

Hidroclimatologa.

Hidrogeologa.

Hidrosedimentologa.

Hidroarqueologa.

Hidroqumica.

Hidrobiologa.

Hidroecologa.

Hidrogeografa.

Geomorfologa fluvial.

Potamologa.

Legislacin de aguas.



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Ciencias que tienen mayorgrado de interrelacin con laHidrologa: Hidrometeorologa:

Estudia las fases atmosfricas yterrestres del ciclohidrolgico, y en especial lasrelaciones de influencia mutuaque en ellas intervienen.

Meteorologa: Estudia los fenmenos

atmosfricos y suscomponentes en funcin deltiempo.

Climatologa: Estudia las propiedades

estadsticas de la atmsfera alargo plazo.

Geologa: Estudia la constitucin de la

Tierra y los fenmenos que hanocurrido en ella desde quequed completamenteconsolidada hasta nuestros das.

Oceanografa: Estudia la profundidad y

naturaleza del fondo de losmares y ocanos, y laspropiedades fsicas y qumicasde sus aguas.


Gran parte delconocimiento de laHidrologa se debetambin a los:

Agrnomos.

Ingenieros forestales. Meteorlogos.

Gelogos.

Otros profesionales dediversas disciplinas.

No existen lmites clarode separacin entre laHidrologa y otrasdisciplinas de lasciencias de la Tierra.

Tampoco tiene sentidotratar de definirlosrgidamente.



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El estudio de la Hidrologa de las aguassuperficiales puede dividirse en tres partes:

Estudio de los procesos hidrolgicos.

El anlisis hidrolgico.

El diseo hidrolgico.


Descripcin de los principios querigen los fenmenos hidrolgicos.

Visualizacin del sistemahidrolgico como un volumen decontrol generalizado. Empleo del teorema de transporte

de Reynolds (o ecuacin devolumen de control general) de lamecnica de fluidos para aplicar lasleyes fsicas que rigen la masa, el

momentum (cantidad demovimiento) y la energa en el flujode las aguasatmosfrica, superficial ysubsuperficial.

Mediciones hidrolgicas(recoleccin de datos): Necesidad de disponer de datos

bsicos adecuados. Las caractersticas complejas de los

procesos naturales que tienenrelacin con los fenmenoshidrolgicos hacen difcil eltratamiento de muchos de losprocesos hidrolgicos mediante unrazonamiento lgico deductivoriguroso: No siempre es posible partir de una

ley bsica y determinar con base ensta el resultado hidrolgicobuscado.

En su lugar, es necesario partir de unconjunto de hechosobservados, analizarlos, y con esteanlisis establecer las normassistemticas que gobiernan taleshechos.



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As, el hidrlogo se encuentra enuna difcil posicin cuando nocuenta con los datos histricosadecuados para el rea particulardel problema: La falta o inexistencia de datos

hidrolgicos adecuados quepermitan la obtencin de parmetrosestadsticos fidedignos, puedeacarrear graves dificultades en eldiseo y operacin de obrashidrulicas.

Cada problema hidrolgico esdiferente a otro: no debentransferirse directamente lasconclusiones de una cuenca a otrasin antes haber utilizadoprocedimientos apropiados quepermitan realizarla en una forma

vlida bastante aproximada (labordel hidrlogo).

La mayora de los pases disponende una o ms agenciasgubernamentales que tienen laresponsabilidad de la recoleccinde los datos hidrolgicos. Es necesario conocer:

a) La forma como estos datosson recolectados y publicados.

b) Las limitaciones de precisinque estos datos tienen.

c) Los mtodos propios parainterpretar y ajustar estos datos.


Utilizacin de mtodoscomputacionales para tareasespecficas: Modelado del proceso lluvia-

escorrenta. Trnsito de caudales (avenidas):

Atencin al tema del trnsito decrecientes utilizando el mtodo de laonda dinmica donde herramientascomputacionales estandarizadashacen posible la aplicacin general

de este mtodo.

Anlisis de eventos extremos: Problemas tpicos de Hidrologa

implican: a) Clculo de extremos que no se

observan en una muestra dedatos de corta duracin.

b) Determinacin de lascaractersticas hidrolgicas enlugares donde no se ha llevado acabo un registro de datos(lugares que resultan mucho msnumerosos que aquellos dondese dispone de datos).

c) Clculo de la accin humanasobre las caractersticashidrolgicas de un rea.

Secuencia de temas presentadosen la forma en que los anlisistratan la variabilidad en el espacioy en el tiempo y la aleatoriedad delcomportamiento del sistemahidrolgico.



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Se centra en el estudiode:

Los riesgos inherentesdel diseo hidrolgico.

La seleccin detormentas de diseo yde la precipitacinmxima probable.

El clculo de crecientesde diseo (para variostipos de problemas):Alcantarillado de aguas

de lluvias.

Estructuras para elcontrol de crecientes.

Estructuras para elembalse y suministro deagua.


Es una Ciencia de la Tierra aplicada: Parte de la Hidrologa que se estudia en

la ingeniera.

Aplicacin prctica de los principioshidrolgicos en la solucin deproblemas de ingeniera que surgencomo consecuencia de la explotacinde los recursos hdricos: Busca establecer relaciones definiendo

la variabilidad espacial (regional ogeogrfica) y/o temporal(estacional, anual) del agua, con elobjetivo de determinar el riesgo para lasociedad involucrado en eldimensionamiento de las estructuras ysistemas hidrulicos.

Incluye aquellas partes del campo queataen al diseo y operacin deproyectos de ingeniera para el controly aprovechamiento del agua(hidrulica).



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El ingeniero encargado deproyectar, construir osupervisar el funcionamientode instalaciones (estructuras)hidrulicas debe resolvernumerosos problemasprcticos: Se puede encontrar con la

necesidad de disear y operarestructuras para: Abastecimiento de agua. Tratamiento y disposicin de

aguas residuales. Drenaje de poblaciones. Irrigacin. Generacin hidroelctrica. Estructuras hidrulicas.

Control de crecientes(inundaciones, riadas, avenidas).

Navegacin. Puentes, presas, vertederos, car

reteras, aeropistas. Prevencin de la erosin y

control de sedimentos. Control de la salinidad. Disminucin de la

contaminacin. Uso recreacional del agua. Proteccin de la vida terrestre y

acutica. Otras.

Todos estos diseos requieren

de anlisis hidrolgicoscuantitativos para la seleccindel evento de diseonecesario.


Analizar los problemasrelacionados con estaslabores y proveer unagua para elplaneamiento y el

manejo de los recursoshidrulicos.

Determinar los eventosde diseo necesarios:

Son normalmenteestimaciones, aproximaciones limitadas enmuchos casos y burda en

algunos otros.



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En ocasiones se capacitany emplean muchosIngenieros Civiles noespecializados en el reade Hidrologa para quelleven a cabo estudioshidrolgicos: Es importante el

conocimiento de losfundamentos de lahidrologa en la

preparacin que losestudiantes de esta carrerareciben.


Investigacin yestudio, diseo yoperacin de obraspara elaprovechamiento, cont

rol y conservacin delagua:

Escogencia de fuentesde abastecimiento deagua para uso domsticoo industrial.



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Estudio y construccinde obras hidrulicas: Fijacin de las

dimensiones hidrulicasde obras de ingeniera(puentes, otras).Determinacin de los

caudales mximos quepuedan esperarse en unvertedero, en una

alcantarilla de carretera oen un sistema de drenajeurbano.


Proyectos de presas.Determinacin de la

capacidad de embalseque se requiere paraasegurar el suministroadecuado de agua parairrigacin o consumo

municipal durante lassequas.

Establecimiento demtodos deconstruccin.



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Drenaje: Estudio de

caractersticas del nivelfretico.

Evaluacin de lascondiciones dealimentacin y deescurrimiento naturaldel nivel fretico:precipitacin, hoya de

contribucin y nivel deagua de las corrientes.


Irrigacin:

Escogencia de aguanecesaria.

Estudio de evaporacine infiltracin.



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Regulacin de los cursosde agua y control deinundaciones: Estudio de variaciones de

caudal y previsin decrecientes mximas.

Examen de las oscilacionesdel nivel de agua y de lasreas de inundacin.

Establecimiento del efectoque producen losembalses, diques y otrasobras de control sobre lasavenidas de las corrientes(crecientes).


Control de lacontaminacin:

Anlisis de la capacidadde recepcin de loscuerpos receptores deefluentes de sistemas

de aguas servidas:Caudales mnimos.

Capacidad de reaireacin.

Velocidad deescurrimiento.



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Control de la erosin:

Anlisis de: Intensidad y frecuencia

de precipitacionesmximas.

Determinacin decoeficientes deescorrenta superficial.

Estudio de:La accin erosiva de las

aguas.

La proteccin contra stapor medio de recursos(vegentacin, otros).


Navegacin:

Canales navegables:Obtencin de datos.

Estudios sobreconstruccin ymantenimiento.



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Aprovechamientohidroelctrico: Caudales mximos, mnimos

y promedio de los cursos deagua para el estudioeconmico y eldimensionamiento de lasinstalaciones delaprovechamiento.

Estudio de sedimentos paradeterminacin de embalsemuerto.

Estudio de evaporacin e

infiltracin. Estudio de oleaje en

embalses.


Operacin de sistemashidrulicos complejos.

Recreacin ypreservacin del medioambiente.

Preservacin ydesenvolvimiento de lavida acutica.



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1.Prepare una lista de losinstitutos que en elmbitonacional, regional o localse encargan de losasuntos hidrolgicos.Cul es laresponsabilidadespecfica de cada unode ellos? (valor: 30%). Criterios establecidos:

Tres entidades comomnimo y al menos una acada nivel.

2.Seleccione un eventohidrolgicoimportante, tal comouna creciente o unasequa, que hayaocurrido en su rea ydescriba sus efectos(valor: 40%). Criterios establecidos:

Cada grupo analiza unevento para una regin del

pas distinta. Construirlo desde el

discurso hemerogrfico enVenezuela durante el sigloXX.


3. Seleccione un proyectoimportante de recursoshidrulicos a escalalocal, regional, nacional einternacional.

a) Explique los propsitos delproyecto y mencione susprincipales caractersticas.

b) Qu puntos especficos deHidrologa se contemplaronen cada uno? (valor: 30%).

Criterios establecidos: Cada grupo analiza un

proyecto distinto. Presenta un resumen.

Fecha de entrega:jueves, 06 de noviembre de2008.

Sin prrroga!



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Prxima clase

El agua en la naturaleza. El ciclo hidrolgico.

Cantidad estimada de aguaen el mundo.

Reservas de agua. Balance anual del agua

global.

Tiempo de residencia (Tr). Tr estimados para las

reservas de aguamundial.

Ejercicio N 1.

Prctica N 2.

Perspectivas: Desafos para la humanidad:

Un planeta sediento. La cuenca del ro Paran: ro o

canal. La cuenca del ro Colorado:

demanda excesiva. La cuenca del lago Chad: un

lago en desaparicin. El Tigris y el ufrates: De

quin es el agua? La cuenca del ro Yangts:

una apuesta monumental. La cuenca Murray-Darling:

suelos salinos.



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Es la sustancia msabundante en la Tierra(ocupa 75% de lasuperficie terrestre):

Planeta agua!

Existe en un espaciollamado hidrosfera.

Se extiende desde unos15 km arriba en laatmosfera hasta 1 kmpor debajo de la litosfera(corteza terrestre)(Chow et al., 2000).

Circula en sta a travsde un laberinto de

caminos.


Es el principalconstituyente de todoslos seres vivos.

Es un importanteagente de cambio

(modelado) de lasuperficie terrestre.

Es un factor clave para:

La climatizacin denuestro planeta para laexistencia humana.

Influencia en el progresode las civilizaciones.



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Los cambios en ladistribucin, lacirculacin o latemperatura de lasaguas en la Tierrapueden tener efectosde largo alcance:

Glaciaciones:Constituyeron una

manifestacin de talesefectos.

Actividades humanas:Labores constructivas y/o

destructivas que afectanla circulacin y la calidaddel agua en la naturaleza.

Representa: Un punto de partida

til, aunque acadmico. El concepto fundamental

para el estudio de laHidrologa.

Muestra la circulacin(movimiento vertical yhorizontal ) ininterrumpida(continua) del agua (en losestados slido, lquido ygaseoso) en la Tierra: Entre la atmsfera, la

hidrosfera, la litosfera y la

biosfera. Como todo ciclo, no

tiene ni principio ni fin: Su descripcin puede

comenzar en cualquierpunto!


Fuente: Parker (2005)


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Fuente: Tarbuck y Lutgens(2000 )

Representacin msilustrativa:

La descriptiva!

Concepto simple vs.fenmeno complejo e

intrincado.

No es solamente unciclo grande!

Est compuesto demuchos ciclosinterrelacionados deextensin continental,

regional y local.



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Medio apropiado paradescribir el alcance dela Hidrologa(superficial):

Cubre solamente laparte del ciclo que vadesde la precipitacindel agua sobre el terrenohasta su regreso a laatmsfera o a losocanos.


Fases bsicas de inters para el hidrlogo:

Precipitacin.

Evaporacin.

Transpiracin.

Infiltracin. Escorrenta.


EvapotranspiracinAgua atmosfrica

Agua subsuperficialAgua superficial


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1.El agua se evaporadesde los ocanos ydesde los continentes(desde la superficie delterreno y desde lavegetacin:evapotranspiracin)para volverse parte de

la atmsfera.


2.El vapor de aguaformado se eleva y setransporta por laatmsfera en forma denubes hasta que se

condensa y cae sobrelos ocanos o lasuperficie terrestre enforma deprecipitacin.



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3.Durante su trayectode cada el aguaprecipitada puedevolver a evaporarse.


4.El agua precipitadasobre los continentespuede: Ser interceptada por las

plantas, construcciones ocualquier objeto.

Convertirse en flujosuperficial sobre el suelo.

Infiltrarse en l. Correr a travs del suelo

como flujo subsuperficial. Descargar en los ros

(corrientes) comoescorrenta.



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5.La mayor parte delagua interceptada, unaparte de la infiltrada yotra de la que correpor la superficie seevaporan nuevamenteregresando a laatmsfera.


6.De la precipitacinque llega a lascorrientes:

Una parte se infiltra.

Otra llega hasta los

ocanos y a otrosgrandes cuerpos de aguacomo presas y lagos.



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7.Del agua infiltrada: Una parte es absorbida por

las plantas yposteriormente estranspirada, casi en sutotalidad, hacia laatmsfera.

Otra parte fluye bajo lasuperficie terrestre hacialas corrientes, el mar uotros cuerpos de agua.

O bien percola hacia zonasprofundas del suelo paraser almacenada como aguasubterrnea (recarga) queaflora (emerge) muchodespus en manantiales ose desliza hacia los rospara formar la escorrentasuperficial, y finalmentefluye hacia el mar o se

evapora en la atmsfera amedida que el ciclohidrolgico contina.

Entre los ocho elementos se cuentan: La atmsfera.

La vegetacin.

La nieve y las capas de hielo.

La superficie terrestre.

Los suelos. Los riachuelos, los ros

y los lagos.

Los acuferos.

Los mares y los ocanos.



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Flujo superficial

Retencinsuperficial

Evaporacin

Transpiracin

Evaporacin

Precipitacin

Lago

Intercepcin

Viento

Escurrimientoen corrientes

Ro

Condensacin

Radiacinsolar

Mar

Nivel de aguas freticas(NAF)

Capilaridad

Infiltracin Flujosuperficial

Flujo subsuperficial

Flujo subterrneoAgua subterrnea

Percolacin profunda

Aparicio Mijares (2000), ilustra los modelosque describen el ciclo hidrolgico en nuestroplaneta


Entre las diez fases se cuentan: La precipitacin desde la

atmsfera sobre la superficieterrestre.

La desprendida desde lavegetacin hacia la superficieterrestre.

La derretida desde lanieve y el hielo hacia la superficieterrestre.

La escorrenta superficial desde lasuperficie terrestre hacia losriachuelos, lagos y ros, y desdestos hacia los mares y ocanos.

La infiltracin desde la superficieterrestre haciael suelo.

La exfiltracin desde el suelo haciala superficie terrestre.

El interflujo desde el suelo hacialos riachuelos, ros y lagos yviceversa.

La percolacin desde el suelo hacialos acuferos.

La capilaridad ascendente desdelos acuferos hacia el suelo.

El flujo de agua subterrnea desde

los riachuelos, ros y lagos hacia losacuferos y viceversa; y desde losacuferos hacia los mares yocanos y viceversa.



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Entre las cuatro fases secuentan: La evaporacin desde la

superficie terrestre, losriachuelos, ros, lagos, maresy ocanos hacia la atmsfera.

La evapotranspiracin desdela vegetacin hacia laatmosfera.

La sublimacin desde la nievey las capas de hielo hacia laatmsfera.

La difusin de vapor desde elsuelo hacia la superficieterrestre.


Est determinada por:

Sus patrones climticos.

Las actividades humanas.



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Aguarea

(106 km)Volumen

(km)

Porcentaje (%) Tasas de cambioKiely (1999)

Agua total Agua dulceOcanos 361,3 1.338.000.000 96,5 - 3.000-30.000 aos

Aguasubterrnea

Dulce 134,8 10.530.000 0,76 30,1 Das a 1.000 aos

Salada 134,8 12.870.000 0,93 -

Humedad del suelo 82,0 16.500 0,0012 0,05 2-52 semanas

Hielo polar 16,0 24.023.500 1,7 68,6 1-16.000 aos

Hielo no polar y nieve 0,3 340.600 0,025 1,0

LagosDulces 1,2 91.000 0,007 0,26 1-100 aos

Salinos 0,8 85.400 0,006 - 10-1.000 aos

Pantanos 2,7 11.470 0,0008 0,03

Ros 148,8 2.120 0,0002 0,006 10-30 das

Agua biolgica 510,0 1.120 0,0001 0,003 7 das

Agua atmosfrica 510,0 12.900 0,001 0,04 8-10 das

Fuente: World Water Balance and Water Resources of the Earth, UNESCO, 1978 en Chow, Maidment y Mays, 2000, p. 4

Agua dulce 148,8 35.029.210 2,5 100

Agua total 510,0 1.385.984.610 100 - 2.800 aos


Ocanos: Si la Tierra fuera una esfera

uniforme, esta cantidad(97,5%) sera suficiente paracubrirla hasta una profundidadcercana a 2,6 km.

Agua atmosfrica: Es la fuerza motriz de la

hidrologa del agua superficial.

Agua subterrnea: Entre 200-600 m de

profundidad. Por debajo de esta

profundidad, la mayor partedel agua es salina.

Agua biolgica: Fijada en los tejidos de plantas

y animales.

A pesar de que el contenidode agua en los sistemassuperficial y atmosfrico esrelativamente pequeo: Inmensas cantidades de agua

pasan anualmente a travs deellos!



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Mayor parte: marina.

Agua dulce: escasa.


Hidrosfera

Glaciares68,7%

Agua delsubsuelo

30,1%

Permafrost0,8%

Agua desuperficie y

atmosfrica0,4%

Aguadulce

Componente no-ocenico(% de la hidrosfera total)

Lagos deagua dulce

67,4%

Humedaddelsuelo12,2%Atmsfera

9,5%

Humedales8,5%

Ros1,6%

Biota0,8%

Agua de superficiey atmosfrica

Agricultura69,0%

Industrial21,0%

Domstica10,0%

Extraccin de agua(del subsuelo y de superficie)

Agua dulce2,5%

Aguasalada97,5%

Total deagua

Fuente: NationalGeographicMaps(Septiembre de 2002)


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Determinacin: Ha sido tema de inters

desde la segunda mitad delsiglo XIX.

Escasa informacincuantitativa: Particularmente en los

ocanos.

Se desconoce de maneraprecisa la cantidad de agua

que interviene en cada unode los componentes delciclo hidrolgico.


Balance anual delagua global

Ocano Tierra

rea (km): 361.300.000 148.800.000

Precipitacin:

(km/ao) 458.000 119.000

(mm/ao) 1.270 800

(plg/ao) 50 31

Evaporacin:

(km/ao) 505.000 72.000

(mm/ao) 1.400 484

(plg/ao) 55 19

Escorrentahacia losocanos:

Ros: (km/ao) - 44.700

Aguasubterrnea:

(km/ao) - 2.200

Escorrentatotal:

(km/ao) - 47.000

(mm/ao) - 316

(plg/ao) - 12Fuente:WorldWaterBalanceandWaterResourcesoftheEarth,

UNESCO,

1978

enChow,MaidmentyMays,2000,p.5


Evaporacin:505.000 km/ao

Evaporacin total:577.000 km/ao

Evaporacin:72.000 km/ao

Precipitacin:458.000 km/ao

Precipitacin:119.000 km/ao

Escorrenta (ros):44.700 km/ao

Infiltracin

Ocanos

Fuente: Parker (2005)Escorrenta

(aguas subterrneas):2.200 km/ao


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Fuente: Chow, Maidmenty Mays(2000) y Kiely (1999)

Precipitacin sobreel ocano

(385)

Evaporacin desde el ocano(424)

Flujo superficial(38)

Flujo de agua subterrnea(1)

Ocano

Nubes sobrelas montaas

Radiacinsolar

Humedad sobre el continente(39)

Evaporacin desde el continente(61)

Evaporacin yevapotranspiracin

Precipitacin sobre el continente(100)

Escorrentasuperficial

Infiltracin

Interflujo

Flujo subterrneo

Flujo subterrneo

Estratos

impermeables

Humedad

del suelo

Flujo subsuperficial Nivelfretico

Nubes sobrelos continentes

Nubes sobrelos ocanos

10% de lahumedad

atmosfrica

90% de lahumedad

atmosfrica

Dinmica del ciclo hidrolgico:


A un valor de 100 unidades (relativas) para latasa de precipitacin sobre el terreno.


Ocanos

Nubes sobrelos ocanos

Tierra

Nubes sobreel continenteNubes ganadas

para el continente

39

100 61

Precipitacinsobre los continentes

Evaporacin desdelos continentes

100 61

Precipitacinsobre los continentes

Evaporacin desdelos continentes

Escorrenta

39

Nubes perdidashacia el continente

39

424 385

Evaporacindesde los ocanos

Precipitacinsobre los ocanos

424 385

Evaporacindesde los ocanos

Precipitacinsobre los ocanos

Entrada

39


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Es el tiempo promedio que necesita unamolcula hipottica de agua para:

Pasar a travs de un subsistema del ciclohidrolgico.

Permanecer en un reservorio antes de moverse aotro reservorio del ciclo hidrolgico.

Permanecer dentro de un volumen de control

particular.


Se obtiene al dividir elvolumen de agua enalmacenamiento o delreservorio (S) entre latasa de influjo o de

salida (caudal, Q).


e tiempounidades dQ

STr

Fuente: Rekacemcz(2002)


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0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000

Agua biosfrica

Agua atmosfrica

Ros

Pantanos

Lagos y reservorios

Humedad del suelo

Casquetes de hielo y glaciares

Ocanos y mares

Agua subterrnea

1 semana

1,5 semanas

2 semanas

1-10 aos

10 aos

2 semanas-1 ao

1.000 aos

4.000 aos 2 semanas a10.000 aos

Aos

Fuente:Rekac

emcz(2002)

Calcule el tiempo de residencia promedio (Tr)de la humedad atmosfrica global.

Volumen de humedad atmosfrica = 12.900 km.

Tasa de flujo de humedad desde la atmsferacomo precipitacin = 458.000 + 119.000 =577.000 km/ao.

Por tanto:


aokm577.000

km12.9003

3

Tr

ao

das365.aos0,0224Tr das8,2Tr


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Conclusiones: Este tiempo tan corto de residencia de la

humedad en la atmsfera es una de las razonespor las cuales el clima no puede pronosticarse enforma precisa, ms all de unos pocos das.

Los Tr para otros componentes del ciclohidrolgico se calculan en forma similar.

Estos valores son cantidades promedios que

pueden tener variaciones espacialesconsiderables.


1.Suponiendo que elagua de los ocanosest implicada en elciclohidrolgico, calcule el

tiempo de residenciapromedio del aguaocenica (valor: 20%).

2.Suponiendo que laescorrenta superficialque llega a los ocanosviene de losros, calcule el tiempo

de residenciapromedio del agua enstos (valor: 20%).



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3.Suponiendo que laescorrenta de aguasubterrnea que llegaa los ocanos viene delagua dulcesubterrnea,establezca el tiempode residencia

promedio de este tipode agua (valor: 20%).

Criterios establecidos:

Detalle cada uno de losclculos realizados,describiendo laoperacin que realiza.

Interprete los resultadosobtenidos.


4.En 1980 la poblacin mundial se estim en alrededor de4.500 millones. El incremento anual de poblacin en ladcada precedente fue aproximadamente del 2%. Conesta tasa de crecimiento de poblacin, prediga el ao enel cual habr escasez de agua dulce, si todo el mundotuviera el nivel de vida equivalente al ms altoactual, para el cual el uso de agua dulce es casi de 6,8m/da (1.800 gal/da) per cpita, incluyendo el uso deaguas pblicas y el agua utilizada para la irrigacin y laindustria. Suponga que anualmente 47.000 km deescorrenta superficial y subsuperficial estn disponiblespara uso (valor: 30%). Criterios establecidos:

Considere la ecuacin que describe el crecimiento exponencial de unapoblacin.



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1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Withdrawal (km3/yr)

Population (million)

Consumo (km/ao)


Poblacin (millones)

5.Estime el promedioglobal de precipitaciny evaporacin encm/ao y pulg/ao(valor: 10%).

Criterios establecidos: Detalle cada uno de los

clculos realizados,describiendo laoperacin que realiza.

Fecha de entrega:jueves, 6 de noviembrede 2008.

Sin prrroga!



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Caractersticas de losfenmenoshidrolgicos.

Qu es un sistema?



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Son extremadamente complejos.

Resultan difciles de entender en su totalidad.

Algunos se pueden medir otros slo puedenser estimados.

Se pueden representar en forma simplificadamediante el concepto de sistema.


Es un conjunto de partes conectadas entres, que forman un todo.

Sistema:

Ciclo hidrolgico global.

Subsistemas (componentes):

Precipitacin.

Evaporacin.

Escorrenta.

Otras fases.



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1.Sistema hidrolgico global


Se conoce tambin como general o total.

Es aplicable a toda la Tierra.

Es de escala planetaria.



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Sistema hidrolgico globalsegn Linsley, Kohler yPaulhus (2000).


Almacenamiento deagua subterrnea

Ocanos

Evaporacindesdelosocanos

Precipitacinenlosocanos

NubeNube

Vapor de agua en la atmsfera

Evaporacindelagos,ros,e

tc.

Escorrenta

Percolacin

Aguacapilar

Transpiracin

Infiltracin

Precipitacin

continental

Humedad del sueloFlujo subsuperficial

Evapotranspiracin

Escorrenta superficial

Derretimiento

EvaporacinNieve

Intercepcin

Evaporacin

Fuente:Linsley,Kohlery

Paulhus(2000)

Puede conceptualizarse en dos procesosfundamentales:

Almacenamiento.

Transferencia de masas de agua entre losalmacenamientos.



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Almacenamiento en la atmsfera

Evaporacinytranspiracin

Almacenamientode intercepcin

Almacenamiento en lasuperficie terrestre

Almacenamiento en depresionesy de detencin superficial

Almacenamiento de humedaden el suelo

Almacenamiento deagua subterrnea

Almacenamiento en cauces,lagos y embalses

Mares y ocanos

Proceso de almacenamiento

Proceso de transferencia

Precipitacin

Precipitacin

Infiltracin

Pe

rcolacin

Flujosubsuperficial

Infiltracin

Flujobase

Escorrenta

Evaporacin

Escurrimiento

Fuente: Beltrn(2003)


Los componentes del sistema global seagrupan en:

Sistema de agua atmosfrica.

Sistema de agua superficial.

Sistema de agua subsuperficial.



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Analizar el sistema total.

Conformar subsistemas ms simples quepueden:

Estudiarse separadamente.

Combinarse los resultados de acuerdo con lasinteracciones que se llevan a cabo entre ellos.



Precipitacin

Agua

atmosfrica

Agua

superficial

Agua

subsuperficial

Evaporacin

Intercepcin

Transpiracin

Flujosuperficial


Escorrentahacia ros y

ocanos

InfiltracinFlujo

subsuperficial

Recargade agua

subterrnea

Flujode agua

subterrnea Fuente:Chow,MaidmentyMays(2000)


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Precipitacin

Agua

atmosfrica

Agua

superficial

Agua

subsuperficial

Evaporacin

Intercepcin

Transpiracin

Flujosuperficial



ocanos

Infiltracin Flujosubsuperficial

Recargade agua

subterrnea

Flujode agua

subterrnea

Contiene los procesosde:

Precipitacin.

Evaporacin.

Intercepcin.

Transpiracin.


Fuente: Chow, Maidmenty Mays (2000)

Involucra los procesosde:

Flujo superficial.

Escorrenta superficial.

Nacimientos de agua

subsuperficial ysubterrnea yescorrenta hacia rosy ocanos.


Precipitacin

Agua

atmosfrica

Agua

superficial

Agua

subsuperficial

Evaporacin

Intercepcin

Transpiracin

Flujosuperficial



ocanos

InfiltracinFlujo

subsuperficial

Recargade agua

subterrnea

Flujode agua

subterrnea

Fuente: Chow, Maidmenty Mays (2000)


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Se emplea para la mayor parte de losproblemas prcticos.

Constituye un subsistema del sistemahidrolgico general.

Slo considera:

Algunos procesos del ciclo hidrolgico.

En un determinado momento. Una pequea porcin de la superficie terrestre.


Tener lmites bien definidos:

Fisiogrficos.

Hidrogrficos.

Polticos:

Estado.

De cualquier otra ndole:

Lmites de un rea cultivada.



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Por ejemplo, la cuencamostrada est divididaen tressubcuencas, siendo lade inters la subcuencaN 3, dado que recibelas escorrentasafluentes de lassubcuencas N 1 y 2, y

de ella sale laescorrenta efluenteproducto de las tres.


SubcuencaN 1

Ros

Lmites de la cuenca

SubcuencaN2

SubcuencaN3

As como se presentanafluencias y efluencias encuanto a laescorrenta, tambin sepueden presentar: Escurrimientos, Flujos subsuperficiales,

Flujos base, y Flujos subterrneos

afluentes y efluentes.

La subcuenca N 3constituye un sistemahidrolgico regional.


SubcuencaN 1

Ros

Lmites de la cuenca

SubcuencaN2

SubcuencaN 3


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Entradas al sistema Salidas del sistemaSistema hidrolgico regional

Lmites de la regin

Zonas verticales

Proceso de almacenamiento

Proceso de transferencia

Flujo subterrneoafluente

Flujo subsuperficialafluente

Escorrentaafluente

Escurrimientoafluente

Flujo subterrneoefluente

Flujo subsuperficialefluente

Escorrentaefluente

Escurrimientoefluente

Zona subsuperficial de la regin

Zona superficial de la regin

Almacenamiento en la atmsfera

Almacenamientode intercepcin

Almacenamientode depresiones

Almacenamiento dedetencin superficial

Almacenamientoen cauces

Almacenamiento enlagos y embalses

Almacenamiento dehumedad en el suelo

Almacenamiento delagua subterrnea

Infiltracin

Infiltracin

Percolacin

Percolacinprofunda

Flujobase

Flujo subsuperficial

Escorrenta

Escurrimiento

Precipitacin

Precipitacin

Evaporacinytranspiracin

Fuente: Beltrn (2003)

Con una definicin de sistema ms restringidaque el sistema hidrolgico global.

Desarrollada a partir del concepto de volumende control.



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En los procesos de:

Entrada.

Salida.


Escorrentasubterrnea

Volumen de control


Precipitacin Evapotranspiracin

Escorrentasubterrnea


Fuente: Monsalve (1999)

Principio de la Mecnica de Fluidos.

Es una referencia tridimensional a travs de lacual circula un fluido.



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Proporciona una estructura para aplicar, a unsistema de flujo, los principios bsicos (leyes)de conservacin: De masa.

De momentum (2da ley de Newton delmovimiento).

De energa.

Y as obtener ecuaciones prcticas demovimiento.


No es necesario

Conocer en forma precisa elpatrn de flujo dentro delvolumen de control.

Es necesario

Conocer las propiedades decirculacin del fluido en lasuperficie de control (fronteradel volumen de control).

Tratar el fluido dentro del

volumen de control como unamasa concentrada en unpunto en el espacio sometidaa la accin de fuerzas externas(por ejemplo, la gravedad).



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Fundamento (herramienta) de la Hidrologa.

Es una estructura o volumen en elespacio, rodeada por una frontera, que aceptaagua y otras entradas, opera sobre ellasinternamente y las produce como salidas.



Operador()

EntradaI(t)

SalidaQ(t)

Fuente: Chow et al. (1994)


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Es un sistema continuo regido por el principiode conservacin de la masa, en donde lasentradas y el sistema mismo dan cuenta de lascantidades de agua que constituyen sussalidas.


Es la totalidad de los caminos del flujo a travsde los cuales el agua puede pasar comomateria prima desde el punto en que entra alsistema hasta el punto en que lo abandona.

Estructura:

Para flujos superficiales o subsuperficiales.

Volumen en el espacio:

Para el flujo de humedad atmosfrica.



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Es una superficie continua definida en tresdimensiones, que encierra el volumen oestructura.


Penetra en el sistema comoentrada, interacta con la estructura y otrosmedios, y emerge como salida del sistema.

Los ms comunes incluidos en el anlisis

hidrolgico son: El agua.

El aire.

El calor.



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Operan en el medio de trabajo dentro delsistema.


Aunque es similar al proceso que se da enMecnica de Fluidos; en Hidrologa, existe unmayor error de aproximacin al aplicar leyesfsicas porque los sistemas hidrolgicos:

Son ms grandes y complejos.

Pueden implicar varios medios de trabajo.

La mayor parte de stos son intrnsecamentealeatorios.



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El nmero de caminos posibles (estructura delsistema) por los que circula el agua en unacuenca (superficie y suelo):

Es enorme.

Su forma, pendiente y rugosidad pueden cambiar:

Continuamente.

Con el tiempo a medida que el suelo se humedece.


Su mayor entrada es la precipitacin, unfenmeno altamente variable e impredecible(vara aleatoriamente en el tiempo y elespacio).



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El anlisis estadstico cumple un papelsumamente importante.


Representacin del proceso de lluvia-escorrenta como sistema hidrolgico en unacuenca.



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Es una superficie delterreno que drena haciauna corriente en unlugar dado.


Es la lnea que separa la superficie del terrenocuyo drenaje fluye hacia un ro dado de lassuperficies terrestres cuyos desages correnhacia otros ros.



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Es el conjunto de caminos de flujo sobre elsuelo o a travs de l.

Incluye sistemas tributarios queeventualmente convergen para convertirse encaudal a la salida de la cuenca.


Biolgico

Fsico

Econmico

Social



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Qu forma tiene?


7/21/2019 1. Introducc

1. introducción al estudio de la hidrología - balance hídrico

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