Balance Hdrico

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 y se reparte entre el proceso de evapotranspiracin, escorrenta e infiltracin.

La ecuacin de Balance Hidrolgico es una expresin muy simple, aunque la cuantificacin de sus trminos es normalmente complicada por la falta de medidas directas y por la variacin espacial de la evapotranspiracin, de las prdidas profundas (en acuferos) y de las variaciones del agua almacenada en la cuenca (Llorens, 2003). En general podemos afirmar que: Del agua que cae en un determinado sitio (precipitacin = PP) Parte vuelve a la atmsfera ya sea por evaporacin directa o por transpiracin de la vegetacin (evapotranspiracin = ET); Otra parte escurre por la superficie de la cuenca (escorrenta superficial = Esc).

Este escurrimiento, fluye 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 siguiente ecuacin que se conoce con el nombre de Balance Hidrolgico (Figura 13): P = ETR + ES + I

La frmula general que se utiliza en el Balance Hidrolgico es la siguiente: CAPTACIN - EVAPOTRANSPIRACIN = ESCORRENTA SUPERFICIAL + INFILTRACIN (II)

Del Balance Hidrolgico, podemos conocer el estado de humedad de la cuenca la cual est asociado al aporte de precipitacin recibida y descontando las prdidas generadas, estamos en la condicin de clasificar el tipo de ao (hmedo , normal o seco).Esto permitir planificar el recurso hdrico, en base a las demandas.

Componentes del Balance Hdrico

En cada una de las subcuencas se estiman las reas ocupadas por cada uno de los componentes naturales relacionados en la tabla anterior, en funcin al rea total de cada subcuenca. De esta manera de establecen las magnitudes en que cada una de ellas interviene sobre los componentes de la frmula de balance. A continuacin se describe el concepto y la metodologa utilizada para calcular cada uno de los componentes de la frmula del balance.

b) Precipitacin (P)

La precipitacin constituye la principal entrada de agua dentro del Ciclo Hidrolgico, y varia tanto espacial como temporalmente en una cuenca y subcuenca. Es el agua que cae en una zona determinada que se delimita como cuenca o subcuenca y puede ocurrir como lluvia, neblina, nieve, roco, etc. La medicin de la lluvia se realiza en las estaciones climticas a travs de instrumentos llamados pluvimetros y es uno de los datos necesarios para el balance que con mayor frecuencia se encuentran disponibles, si bien puede variar la periodicidad y confiabilidad de stos dependiendo del mtodo de medicin y de la permanencia de las estaciones climticas a travs del tiempo (Figura 14). Se elaboran las isoyetas de precipitacin promedio anual caracterstico para la cuenca, as como el climograma general de la misma para observar la relacin entre precipitacin y temperatura promedio mensual a travs del ao. La informacin de los mapas de isoyetas mensuales y anuales, permite calcular la precipitacin media areal de las cuencas, con los que se inicia el clculo de los parmetros del Balance Hdrico. La precipitacin horizontal, agua en forma de niebla que condensa al entrar en

c) Temperatura (T)

Esta variable juega un papel importante, ya que interviene en todas los mtodos empricos y por lo general junto con la precipitacin son las nicas que podemos encontrar en las estaciones meteorolgicas con plena seguridad. Su anlisis contempla su homogenizacin y caracterizacin trmica de la zona en estudio. Las variables climatolgicas, por lo general no presentan variaciones considerables a travs del tiempo, sin embargo con el fin de poder uniformizar la serie de datos de cada una de las estaciones; se realiz un anlisis de extensin de los datos de temperatura a nivel medio, mximo y mnimo.

d) Evapotranspiracin

La evapotranspiracin es la cantidad de agua que retorna a la atmsfera, tanto por transpiracin de la vegetacin como por evaporacin del suelo. Su magnitud depende del agua realmente disponible, es decir la que el suelo ha logrado retener para el consumo de la vegetacin, as como la que ha sido interceptada por sta.

Evapotranspiracin real

El suministro de humedad a la superficie de evaporacin es un factor determinante en la evapotranspiracin. A medida que el suelo se seca, la tasa de evaporacin cae por debajo del nivel que general-mente mantiene en un suelo bien humedecido. Es esta evapotranspi-racin que depende de la cantidad de humedad existente en el suelo, la que se denomina Evapotranspiracin Real. La evapotranspiracin real es inferior a la evapotranspiracin potencial para los siguientes factores: - Falta de agua en algunos perodos; - Variacin de la evapotranspiracin segn el desarrollo de la planta; - Variaciones de las condiciones atmosfricas como la humedad, la temperatura, etc. Por todo ello: Evapotranspiracin real = K evapotranspiracin potencialEl coeficiente K es variable y oscila entre 0,10 y 0,90, aproximndose a 1 cuando la planta est en su mximo desarrollo de foliacin y fruto.

e) Infiltracin

La infiltracin es el volumen de agua procedente de las precipitaciones que atraviesa la superficie del terreno y ocupa total o parcialmente los poros del suelo y del subsuelo. Entre los factores que afectan la capacidad de infiltracin tenemos: Entrada superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la acumulacin de partculas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo. Transmisin a travs del suelo: El agua no puede continuar entrando en el suelo con mayor rapidez que la de su transmisin hacia abajo, dependiendo de los distintos estratos. Acumulacin en la capacidad de almacenamiento: El almacenamiento disponible depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de humedad existente. Caractersticas del medio permeable: La capacidad de infiltracin est relacionada con el tamao del poro y su distribucin, el tipo de suelo arenoso, arcilloso-, la vegetacin, la estructura y capas de suelos. Caractersticas del fluido: La contaminacin del agua infiltrada por partculas finas o coloides, la temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que lleva.

Para determinar el clculo de la precipitacin que se infiltra mensualmente (Pi) al suelo, viene dado por la expresin algebraica siguiente:

Donde: Pi > Precipitacin que infiltra mensualmente al suelo (mm/mes) Ci > Coeficiente de infiltracin (adimensional) P > Precipitacin mensual en (mm/mes) Ret > Retencin de lluvia mensual por follaje en (mm/mes)

Por lo general, en la ecuacin del Balance Hdrico, y dependiendo de la escala temporal del anlisis (anual), este valor se asume que su va-riabilidad es mnima y puede ser considerada cero.

f) Escorrenta superficial o caudal

Caudal

Para el aprovechamiento del recurso hdrico, es necesario conocer en un punto dado o en la salida de la cuenca, el caudal disponible a partir de las precipitaciones. El problema es aparentemente simple en su presentacin, pero de una solucin en muchos casos compleja, para ello se han ideado una serie de metodologas que van desde las ms simples a las ms complejas, como: isolneas de escorrenta, caudales especficos, generacin por modelos de simulacin precipitacin escorrenta, etc. Para cuencas con caractersticas fisiogrficas, cobertura vegetal y comportamiento hidrolgico similar, se puede estimar el caudal especfico en funcin de la siguiente expresin:

Escorrenta

El agua de las precipitaciones que no es evaporada ni infiltrada, escurre superficialmente en forma de: Escorrenta directa que es el agua que llega directamente a los cauces superficiales en un periodo corto de tiempo tras la precipitacin, y que engloba la escorrenta superficial y la sub-superficial (agua que tras un corto recorrido lateral sale a la superficie sin llegar a la zona fretica). Escorrenta basal que es la que alimenta a los cauces superficiales en poca de estiaje.

Una vez estimados los volmenes de agua que se infiltran mensualmente en cada subcuenca, se establece que el agua restante es la que va a escurrir superficialmente, lo que denominamos caudal o escurrimiento superficial.

Para el clculo de la escorrenta anual (mm) en las subcuencas y cuenca total se utiliza la expresin matemtica que relaciona el caudal y el rea de drenaje.

Su frmula es:

donde: E = Escorrenta en mm Q = Caudal en m3/s A = rea de drenaje km2

Finalmente, con la cuantificacin de cada una de las variables identificadas en la ecuacin del Balance Hdricos y dependiendo de la escala temporal de anlisis, tendramos as expresiones siguientes:

Cuando el balance hdrico superficial se realiza a nivel mensual y multianual, el trmino correspondiente al cambio de almacenamiento (S) se considera que toma el valor de 0, debido a que la variabilidad del agua almacenada en la cuenca en perodos largos no experimenta cambios significativos.

Teniendo en consideracin el prrafo anterior, la expresin algebraica del Balance Hdrico queda como: Esc = PP x ETc

Para reas con control hidromtrico, se utiliza la siguiente expresin:

P = E x ETR

Donde: P = Precipitacin media del perodo y rea en mm. E = Escorrenta del perodo y rea en mm. ETR = Evapotranspiracin real media del perodo y rea en mm.

En reas sin control hidromtrico, el Balance hdrico es determinado mediante la siguiente ecuacin:

E = P x ETR