UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE GEOMENSURA

TRABAJO DE INVESTIGACION

“EL CICLO HIDROLOGICO”

ALUMNOS: MATIAS ROMO

JOSE MUÑOZ

MARCO VIDAL

MAURICIO LECAROS

PROFESOR: CRISTIAN DE LA FUENTE

FECHA: 20 DE NOVIEMBRE DE 2015

INTRODUCCIÓN

"(Es) una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menos entendida". John Emsley

El agua cuyo origen se encuentra relacionado al inicio del planera tierra, se ha estudiado a lo largo de la historia, concluyendo acerca de esta, como una sustancia constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Este vital compuesto para el existencia del ser humano que se encuentra presente en forma líquida como también en forma solida (hielo) y gaseosa(vapor) ha sido enmarcado dentro del estudio de la ciencia de la Hidrología, la cual se preocupa del movimiento, distribución y calidad de la mencionada en todas las zonas de la Tierra, abarcando tanto al ciclo hidrológico como a los recursos del agua.

Se entiende al ciclo hidrológico como el permanente movimiento o transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como entre sus diferentes estados: líquido, gaseoso y sólido debido a la acción de la energía solar y la gravedad.

La naturaleza regula y gestiona las necesidades de cada uno de los seres vivos, pero ahora tiene fugas y no funciona como debe ser por culpa de el hombre que hasta ahora se había integrado en el sistema con los demás seres vivos del planeta, pero desde hace unos años esto está generando un problema como lo es la escasez y el daño a la calidad de las fuentes ya que todo lo que se descargue al entorno de cualquier modo irá al subsuelo, a los ríos o al océano.

Es necesario tener un conocimiento básico del ciclo hidrológico, que determina el estado actual del recurso hídrico, así como la demanda del mismo y teniendo en cuenta su distribución en distintos sectores y a través del tiempo, que permita establecer protocolos a seguir para su protección, y que sirva de base a los usuarios del recurso y planificadores, para considerar su uso y disponibilidad en proyectos actuales y futuros.

¿QUÉ ES EL AGUA?

El agua es una sustancia cuyas moléculas están compuestas por un átomo de oxigeno y dos de hidrogeno, es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. Se trata de un liquido inodoro(sin olor),insípido(sin sabor)e incoloro(sin color),aunque también puede hallarse en estado solido(cuando se conoce como hielo)o en estado gaseoso(vapor).

CARACTERISTICAS

El agua es líquida en condiciones normales de presión y temperatura. El agua bloquea solo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que

las plantas acuáticas absorban su energía. Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua

es una molécula polar. Las plantas vasculares como los arboles aprovechan la tendencia del agua a

moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de gravedad, propiedad denominada capilaridad.

Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno.

El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal

El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja. El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calórica especifica  La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de

temperatura y presión.

DISTRIBUCION DEL AGUA EN LA TIERRA

El total del agua presente en el planeta, en todas sus formas, se denomina hidrosfera. El agua cubre 3/4 partes (71 %) de la superficie de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en los océanos y mares; solo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1 por ciento está en estado líquido. El 2 % restante se encuentra en estado sólido en capas capas, campos y plataformas de hielo en las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulce se encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos.

El agua representa entre el 50 y el 90 % de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75 % del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje ronda el 90 %).

En la superficie de la Tierra hay unos 1 386 000 000 km3 de agua (si la tierra fuese plana estaría completamente cubierta por una capa de unos 2750 m), que se distribuyen de la siguiente forma:

La mayor parte del agua terrestre, por tanto, esta contenida en los mares, y presenta un elevado contenido en sales. Las aguas subterráneas se encuentran en yacimientos subterráneos llamados acuíferos y son potencialmente útiles al hombre como recursos. En estado líquido compone masas de agua como océanos, mares, lagos ,ríos, arroyos, canales, manantiales y estanques.

El agua desempeña un papel muy importante en los procesos geológicos. Las corrientes subterráneas de agua afectan directamente a las capas geológicas, influyendo en la formación de fallas. El agua localizada en el manto terrestre también afecta a la formación de volcanes. En la superficie, el agua actúa como un agente muy activo sobre procesos químicos y físicos de erosión. El agua en su estado líquido y, en menor medida, en forma de hielo, también es un factor esencial en el transporte de sedimentos. El depósito de esos restos es una herramienta utilizada por la geología para estudiar los fenómenos formativos sucedidos en la Tierra.

HIDROLOGÍA

La hidrología es el estudio del movimiento, distribución y calidad del agua en todas las zonas de la Tierra, y se dedica tanto al ciclo hidrológico como a los recursos de agua. Los hidrólogos trabajan en ciencias ambientales o geológicas, geografía física, e ingeniería civil y ambiental.

Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología, la hidrología superficial, la hidrogeología, la administración del drenaje y la calidad del agua. La oceanografía y la meteorología no están incluidas porque en ellas el agua es sólo uno de muchos aspectos importantes.

La investigación hidrológica es útil en cuanto que nos permite entender mejor el mundo en el que vivimos, y también proporciona conocimientos para la ingeniería ambiental, política y planificación.

MEDIDAS HIDROLÓGICAS

El movimiento del agua por la Tierra puede ser medido de varias formas. Esta información es importante tanto para la evaluación de los recursos de agua como para el entendimiento de los procesos implicados en el ciclo hidrológico. Lo siguiente es una lista de dispositivos usados por los hidrólogos y lo que miden:

Disdrómetro - características de precipitación.

Olla de evaporación de Symon - evaporación.

Infiltrómetro - infiltración.

Piezómetro - presión de agua subterránea y, por inferencia, profundidad del agua subterránea.

Radar - propiedades de las nubes, estimación de la tasa de lluvia, y detección de nieve y granizo.

Pluviómetro - lluvia y nevada.

Satélite - identificación de áreas lluviosas, estimación de la tasa de lluvia, uso y cobertura de la tierra, humedad del suelo.

Higrómetro - humedad.

Corrientómetro - flujo de corriente.

Tensiómetro - humedad de suelo.

Reflectómetro de dominio temporal - humedad de suelo.

Sonda de capacitancia - humedad del suelo.

PREDICCION HIDROLOGICA

Las observaciones de los procesos hidrológicos se usan para hacer predicciones sobre el futuro comportamiento de los sistemas hidrológicos (flujo de agua y calidad del agua). Uno de los principales intereses actuales en la investigación hidrológica es la Predicción en Cuencas No calibradas (BAR), es decir, en cuencas donde existen muy pocos datos o ninguno.

HIDROLOGIA ESTADISTICA

Analizando las propiedades estadísticas de los archivos hidrológicos, como la precipitación o el flujo de un río, los hidrólogos pueden estimar los futuros fenómenos hidrológicos. Esto, sin embargo, asume que las características de los procesos permanecen sin alterar.

Estas estimaciones son importantes para ingenieros y economistas, de modo que pueda hacerse un análisis de riesgo apropiado para influir en las decisiones sobre inversión en la futura infraestructura y determinar las características de fiabilidad de la producción de sistemas de abastecimiento de agua. La información estadística se utiliza para formular reglas de operaciones para presas grandes que forman parte de sistemas que incluyen demandas agrícolas, industriales y residenciales.

MODELOS HIDROLOGICOS

Los modelos hidrológicos son representaciones conceptuales simplificadas de una parte del ciclo hidrológico. Se usan principalmente para la predicción hidrológica y para entender los procesos hidrológicos. Hay dos tipos principales de modelos hidrológicos:

Modelos basados en datos: Estos modelos son sistemas de caja negra, que usan conceptos matemáticos y estadísticos para asociar una determinada entrada (por ejemplo, precipitación) con un modelo de salida (por ejemplo, escorrentía). Las técnicas que suelen usarse son la regresión, funciones de transferencia, redes neurales e identificación de sistema. Estos modelos son conocidos como modelos de hidrología estocásticos.

Modelos basados en descripciones del proceso: Estos modelos tratan de representar los procesos físicos observados en el mundo real. Contienen representaciones de escorrentía superficial, flujo subsuperficial, evapotranspiración y flujo de canal, pero pueden ser mucho más complicados. Estos modelos son conocidos como modelos hidrológicos deterministas. Pueden subdividirse en modelos de un solo evento y modelos de simulación continua.

La investigación reciente sobre modelos hidrológicos trata de tener un acercamiento más global para entender el comportamiento de los sistemas hidrológicos, de manera que se puedan obtener mejores predicciones y afrontar los principales desafíos en la administración de los recursos de agua.

TRANSPORTE HIDROLOGICO

El movimiento del agua es un medio significativo por el cual otros materiales, como el suelo o los contaminantes, son transportados de un lugar a otro. Desde los años 60, se han desarrollado modelos matemáticos bastantes complejos, facilitados por la disponibilidad de ordenadores de alta velocidad. Las clases de contaminantes más comunes que se analizan son nutrientes, pesticidas, y sólidos y sedimentos disueltos. 

APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA

Determinación del equilibrio de agua de una región.

Diseño de proyectos de restauración ribereños.

Mitigación y predicción de inundaciones, desprendimiento de tierras y riesgo de sequía.

Pronóstico de inundaciones en tiempo real y advertencias.

Diseño de esquemas de irrigación y administración de la productividad agrícola.

Parte del módulo de riesgo en modelado de catástrofes.

Suministro de agua potable.

Diseño de presas para abastecimiento de agua o generación de energía hidroeléctrica.

Diseño de puentes.

Diseño de alcantarillas y sistemas de drenaje urbano.

Análisis del impacto de la humedad antecedente en sistemas de alcantarillado sanitarios.

Predicción de cambios geomorfológicos, como erosión o sedimentación.

Evaluación de los impactos de cambio ambiental natural y antropogénico en los recursos del agua.

Evaluación del riesgo de transporte de contaminantes y establecimiento de pautas de política ambiental. 

CICLO HIDROLOGICO

Es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la tierra a la atmósfera y volver a la tierra: evaporación desde el suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes, precipitación, acumulación en el suelo o masas de agua y reevaporación. El funcionamiento es debido al sol que proporciona la energía para elevar el agua (evaporación) y también la gravedad que hay en la tierra, que hace que el agua condensada descienda (precipitación y escurrimiento).

EVAPORACION

Desde la superficie de la Tierra se transfiere el agua hacia la atmosfera, proceso por el cual el agua superficial cambia de estado liquido al gaseoso. Aproximadamente el 80% del agua evaporada total proviene de los océanos, mientras que el 20%restante lo hace del agua de las regiones continentales y de la transpiración de la vegetación, los vientos transportan el agua evaporada alrededor del globo y alteran la humedad del aire en cada lugar .Por ejemplo, los vientos húmedos tropicales provenientes del atlántico y de la región amazónica que fluyen hacia el sur pueden provocar un típico día de verano, caluroso y húmedo en el centro de Argentina.

La mayor parte del agua evaporada permanece en estado gaseoso en la atmosfera, fuera de las nubes. La evaporación es mas intensa con temperaturas mas cálidas. La transpiración es la evaporación de agua desde las hojas y los tallos de las plantas hacia la atmósfera. A través de sus raíces, las plantas absorben agua subterránea. Por ejemplo, las plantas de maíz tienen raíces que pueden alcanzar hasta 2,5 m de profundidad, mientras que en el desierto algunas plantas tienen raíces que penetran hasta 20 m en el suelo. El agua es transportada desde las raíces hacia las partes aéreas de las plantas a través de tejidos especializados. Este transporte compensa la pérdida de agua por evaporación a través de los pequeños poros, llamados estomas, que se encuentran en la superficie de las hojas. La transpiración representa aproximadamente el 10 % de toda el agua evaporada que sube a la atmósfera.La humedad es la cantidad de agua en estado gaseoso presente en el aire. Para cada temperatura hay una cantidad máxima de agua que puede estar en forma de vapor y esta cantidad aumenta con la temperatura. Si intentáramos agregar más vapor, de agua al aire, el vapor se condensaría formando agua líquida. La humedad relativa es la comparación entre la humedad existente y la máxima que podría haber a esa temperatura. Cuando el aire está tan húmedo que no puede aceptar más vapor de agua se dice que está saturado y que la humedad relativa es del 100 %.

CONDENSACION

La condensación es el cambio del agua de su estado gaseoso (vapor de agua) a su estado líquido. Este fenómeno generalmente ocurre en la atmósfera cuando el aire caliente asciende, se enfría y disminuye su capacidad de almacenar vapor de agua. Como resultado, el vapor de agua en exceso condensa y forma las gotas de nube. Los movimientos de ascenso que generan nubes pueden ser producidospor convección en aire inestable, convergencia asociada con ciclones, actividad frontal y elevación del aire por la presencia de montañas.

TRANSPORTE

Se denomina transporte al movimiento del vapor de agua en la atmósfera, específicamente desde los océanos hacia el interior de las regiones continentales. Parte del transporte del aire húmedo es visible como nubes, formadas por cristales de hielo y/o microgotas de agua. Las nubes son desplazadas de un lugar a otro por las corrientes de aire en chorro, por la circulación del aire superficial como las brisas de mar o de tierra o por otros mecanismos. Sin embargo, una nube típica de 1 km de altura sólo contiene suficiente agua como para producir 1 mm de lluvia, lo que sería insuficiente para explicar las precipitaciones observadas. En realidad, la mayor parte del agua no se transporta en forma líquida sino en forma de vapor de agua.Precipitación: Es toda agua que cae en la superficie de la tierra, tanto en forma líquida (llovizna, lluvia, etc.) y sólida (nieve, granizo, etc.) y las precipitaciones ocultas (rocío, la helada blanca, etc.). Ellas son provocadas por un cambio de la temperatura o de la presión. La precipitación constituye la .única entrada principal al sistemas hidrológico continental.

Para la formación de la precipitación se requiere la condensación del vapor de agua atmosférico. La saturación es una condición esencial para desbloquear la condensación.

A continuación definimos los diferentes tipos de precipitación:

Precipitación Convectiva: Se forma con una subida rápida de las masas del aire en la atmósfera. La precipitación que resulta de este proceso es generalmente tempestuosa, de corta duración (menos de una hora), de intensidad fuerte y de poca extensión.

Precipitación Orográfica: Como su nombre indica, del griego “oros” que significa montaña, este tipo de precipitación se relaciona con la presencia de una barrera topográfica. La característica de la precipitación orográfica depende de la altitud, de la pendiente y de su orientación, pero también de la distancia que separa el origen de la masa del aire caliente del lugar del levantamiento. En general, presentan una intensidad y una frecuencia regular.

Precipitación Frontal o del tipo ciclónico: Se asocian a las superficies de contacto entre la temperatura de la masa de aire, el gradiente térmico vertical, la humedad y de los diversos índices del recorrido, que uno nombra Frentes. Los frentes fríos crean precipitaciones cortas e intensas. Los Frentes calientes generan precipitaciones de larga duración pero no muy intensas.

Intercepción: Es la parte de la precipitación que es interceptada por objetos superficiales como la cubierta vegetal o por ejemplo los techos. Parte de esta agua interceptada nunca alcanza al suelo porque se adhiere y humedece estos objetos y se evapora.

Escorrentía superficial: Es la porción de lluvia que no es infiltrada, interceptada o evaporada y que fluye sobre las laderas. En realidad la escorrentía superficial, la infiltración y la humedad del suelo son interactivas entre sí. La figura a continuación grafica la definición.

Escorrentía sub-superficial: Es el agua que ha sido previamente infiltrada y no alcanza el almacenamiento subterráneo o acuífero, por lo tanto debe ser considerada como parte de la escorrentía.