Ciclo hidrologico

IntroducciónIntroducciónciclo hidrológicociclo hidrológico

Hidrología aplicada

Sebastián Santayana V.Sebastián Santayana V.

Pre-maestría en Ciencias AmbientalesPre-maestría en Ciencias Ambientales

2010

HA. Introducción. S. Santayana V. 2

Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico

Fenómeno global de circulación del agua entre superficie terrestre y atmósfera, impulsado por energía solar, asociada a gravedad y a rotación de Tierra.


Ciclo del aguaCiclo del agua

Agua, desarrolla un ciclo en naturaleza, denominado ciclo del aguaciclo del agua, que consiste en:

Circulación del agua del océano, a través de atmósfera, hacia continente; su retorno al océano en varias formas después de su detención ocasional: por escurrimiento superficial o subterráneo.


Evapotranspiración

Evaporación

Formación de nubes Lluvia

Escorrentía

Infiltración al agua

subterránea

Usada por las

plantas

Bombeo de agua subterránea a través de un pozo

Ciclo del agua


o Circulación del agua en cualquiera de sus estados físicos (líquido, sólido o gaseoso).

o Conjunto de procesos que ocurren en forma continua, no tiene principio ni fin.

o Sol es fuente de energía.

o Ciclo funciona a escala universal.

Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico

Ecuación del ciclo hidrológico:

Precipitación = escurrimiento +

infiltración + evaporación + transpiración +

almacenaje


Ciclo del aguaCiclo del agua

o Generalmente es descrito en términos de sus componentes: precipitación, infiltración, evaporación, transpiración, escorrentía y flujo

subterráneo.


PrecipitacióPrecipitaciónn

InfiltraciónInfiltración

Flujo superficialFlujo superficial

Flujo subterráneoFlujo subterráneo

Divisoria Divisoria de aguasde aguas

IntercepciónIntercepción

Ciclo hidrológico en cuencaCiclo hidrológico en cuenca

EvapotranspiraciónEvapotranspiración

InterflujoInterflujo

Nivel freáticoNivel freático

Divisoria de aguasDivisoria de aguas

RíoRío

Agua subterráneaAgua subterráneaAgua subterráneaAgua subterránea

Nivel freáticoNivel freático

InterflujoInterflujo

Ciclo Ciclo hidrológicohidrológico

Superficieoceánica

Precipitación

Escurrimientoy almacenamiento

Infiltración Evapotranspiración

EvaporaciónPrecipitación

Precipitación


Ciclo del agua y ecosistemasCiclo del agua y ecosistemas


Hombre intenta adaptar o modificar ciclo hidrológico para hacerlo más útil a sus necesidades. Ejemplos: Lluvia artificial, desalinización del agua de mar o construcción de embalses para controlar flujo de ríos.

¿Ciclo del agua puede ser modificado ¿Ciclo del agua puede ser modificado por hombre?por hombre?


Agua subterránea

Extracción

ErosiónContaminaciónTransportada

por aire

Almacenamiento en

represasOcéano

Lluvia

Evaporación

IrrigaciónIrrigación

Salinización

Intrusión Salina

Enfermedades infectocontagiosasDeslizamientos de tierra

Inundaciones

Contaminación del agua

Presiones impuestas al agua por Presiones impuestas al agua por hombrehombre


Hombre y ciclo hidrológicoHombre y ciclo hidrológico

Océano

Evaporación Evapo-transpiración

Escorrentía

Agua potabl

e

Descarga aguas tratadas

Intrusión marinaAcuifero

InfiltraciónRecarga

Evaporación

Extracción

Precipitación

Humedad suelo

Humedad suelo


Hombre y ciclo hidrológicoHombre y ciclo hidrológico


Ciclo hidrológico “urbano”Ciclo hidrológico “urbano”


Usos del agua y ciclo Usos del agua y ciclo hidrológicohidrológico


Ciclo del agua y riegoCiclo del agua y riego

Escorrentía

Humedad del suelo

Lluvia

Drenaje

Riego

Evapotranspiración

Planta toma agua


Ciclo Ciclo hidrológihidrológi

co y co y cultivoscultivos

transpiración

evaporación

infiltración

PercolaciónprofundaAscenso

capilar

Absorción por raíces

Drenaje

Tabla de agua


Ciclo del agua: Ciclo del agua: fases aéreasfases aéreas

Transpiración: movimiento por

plantas Condensación: formación de

nubes

Evaporación: elevación de

vapor

Precipitación: caída de

lluvia


PrecipitaciónPrecipitación

Principal abastecimiento de agua para mayoría de ecosistemas terrestres.Toda forma de humedad que, originándose en nubes, alcanza superficie del suelo: lluvia, granizo, nieve, neblina, rocío.Precipitación se mide en lámina de agua que alcanzaría a formarse sobre una superficie impermeable.Equipos de medida son pluviómetro y pluviógrafo.


IntercepciónIntercepción

Parte de precipitación que cae encima de plantas y que se evapora sin llegar al suelo.Primero, gotas de lluvia pueden ser interceptadas por follaje de plantas.El resto, se distribuye como escorrentía o es evaporada hacia atmósfera.

Intercepción

Precipitación

Escurrimiento fustal

Precipitacióndirecta


EscorrentíaEscorrentía

Agua que cae como lluvia o nieve se puede evaporar, escurrir o infiltrar, dependiendo de: Tasa de precipitación Contenido hídrico del suelo Pendiente y vegetación

Escorrentía: flujo de agua sobre superficie del terreno con pendiente y cuando precipitación excede infiltración.


Evaporación y transpiraciónEvaporación y transpiración


TranspiraciónTranspiración

Proceso por el que plantas pierden agua por estomas;

Proceso pasivo, controlado por humedad atmosférica y contenido hídrico del suelo.

También transporta nutrientes desde suelo a raíces y los conduce a células de planta.


Ciclo del agua: Ciclo del agua: fases fases subterráneassubterráneas

Ascenso capilar

Lavado

Percolación

Agua subterránea

Del agua caída por precipitación, parte se infiltra y recorre sus distintas capas, verticalmente hacia abajo (percolación), dando origen al agua subterránea, que a través del flujo subterráneo, vuelve a ríos, lagos y océanos.Movimiento del agua a través del suelo, disuelve sales solubles y las arrastra consigo, produciendo lavado.Si movimiento vertical es hacia arriba, se denomina ascenso capilar.

Infiltración


Infiltración/percolaciónInfiltración/percolación

Absorción y entrada del agua hacia interior del suelo

Humedad del suelo

Agua subterránea

Percolación

Infiltración


PercolaciónPercolación

Una vez que agua penetra al suelo, se mueve hacia abajo a través del perfil del suelo.

En percolación, agua puede moverse como un frente saturado – por efecto de gravedad.

O, puede moverse como un flujo no saturado debido a fuerzas de capilaridad.


Aguas subterráneas en ciclo Aguas subterráneas en ciclo hidrológicohidrológico

Agua subterránea es una fase del ciclo hidrológico y se encuentra en movimiento (flujo subterráneo).


Aguas subterráneasAguas subterráneas

Agua almacenada en suelo y capas rocosas (acuíferos).

Depende de porosidad y permeabilidad del acuífero.

Nivel freático

Agua subterránea


Flujo del aguasobre superficie

Lago

InfiltraciónInfiltración

Agua subterráneaAgua subterránea

EvaporaciónTranspiración

Precipitación

Relación entre agua subterránea y Relación entre agua subterránea y superficialsuperficial


Componentes del agua Componentes del agua

subterráneasubterránea


Flujo subterráneoFlujo subterráneo


En naturaleza existe cantidad enorme de agua: 1386 millones de km3.

Sin embargo, 97,5% de esa cantidad es agua salada y sólo 2,5% es agua dulce.

Mayor proporción del agua dulce (77,6%) está en forma de hielo y nieves perpetuas; otro 21,8% del agua dulce se encuentra como agua subterránea.

Sólo 0,26% del total de agua dulce en Tierra se concentra en lagos, embalses y sistemas fluviales, que son fuentes de agua más accesibles para necesidades económicas y muy importantes para ecosistemas hídricos.

Cuánta agua hay en la Cuánta agua hay en la Tierra?Tierra?


Cuánta agua hay en la Cuánta agua hay en la Tierra?Tierra?

En naturaleza existe 1386x106 km3 de agua: pero 97% es agua salada, no utilizable directamente


Agua dulceAgua dulce2.5%2.5%34.65 millones km34.65 millones km33

Agua saladaAgua salada97.5%97.5%

1’351.35 millones km1’351.35 millones km33

Agua en la TierraAgua en la Tierra

Hidrosfera cuenta con un Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 total aproximado de 1386 millones de kmmillones de km33 de agua de agua

Hidrosfera cuenta con un Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 total aproximado de 1386 millones de kmmillones de km33 de agua de agua


68.9 %glaciares y

nieves eternas23.87

millones km3

68.9 %glaciares y

nieves eternas23.87

millones km3

0.9%humedad del suelo

0.31 millones

km3

29.9%agua

subterránea10.36

millones km3

0.3%agua de lagos y ríos 0.10 millones km3

Única porción renovable

Disponibilidad del agua dulceDisponibilidad del agua dulce

2.5%agua dulce

34.65millones km3

2.5%agua dulce

34.65millones km3


Sistemas hidrológicosSistemas hidrológicos

o Se trata de sistemas dinámicos donde se desarrollan procesos que se retroalimentan entre sí.

o "Un sistema es una estructura, mecanismo, esquema o procedimiento, real o abstracto, que relaciona en tiempo y/o espacio una causa, entrada o estímulo de materia, energía o información con un efecto, salida o respuesta de materia, energía o información."


Sistema hidrológico globalSistema hidrológico global

Atmósfera

Precip

Precipitación

PrecipPrecip

Evap Evap

Evaporación

Traspirac

Precip-intercEsc. superficial

Esc. superf.

Interflujo

Flujo subterráneo

Intrusión marina

Flujo subterráneo

Ascenso capilarPercolación

Difusión vaporInfiltrac Interflujo

Océano

Ríos y otros

cuerpos de

agua

Vegetación

Superficie terrestre Suelo

Acuífero


Océanos

Atmósfera

1350·1015 m3

13·1012 m3

Evap

ora

ción

36

1·1

012 m

3/a

ño

Pre

cipit

aci

ón

32

4·1

012 m

3/a

ño

Tierras33.6·1015 m3

37

·10

12 m

3/a

ño

Ag

uas

su

perf

icia

les y

su

bte

rrán

eas

Evaporación y

transpiración

62·1012 m3/año

99·1012 m3/año

Precipitación

361·1012 m3/año

62·1012 m3/año

423·1012 m3/año

324·1012 m3/año 99·1012 m3/año

423·1012 m3/año

Balance atmósfera

Basado enhttp://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml

Sistema hidrológico globalSistema hidrológico global


Estratos impermeable

s

Percolación profunda

Flujo superficial

Océano

Escorrentía

Flujo superficial

Movimiento aguas

subterráneas

Nivel freático

Infiltración

Intrusiones salinas

Precipitación en tierra

100

Evaporación desde tierra

68

Evaporación

Vegetación

Suelo

Embalse

31Evaporació

n desde océano

428

396

Precipitación sobre

océano

32

Basado en Britannica 2004

Flujos en unidades de 1012 m3/año

Intercepción y

transpiración

11

Flujo de agua en ciclo Flujo de agua en ciclo hidrológicohidrológico


Flujo de agua en CHFlujo de agua en CH


Flujo de agua en CHFlujo de agua en CH


Balance anual del ciclo Balance anual del ciclo hidrológicohidrológico


Balance hidrológico en Balance hidrológico en cuencacuenca


Balance hidrológico en Balance hidrológico en cuencacuenca

P - Q - G - ET - P - Q - G - ET - S = 0S = 0Donde:

P = Precipitación;Q = Caudal superficial;G = Caudal subterráneo;ET = Evapo- transpiración;S = Cambio en humedecimiento.


Balance hídrico en cuencasBalance hídrico en cuencas

HA. Introducción. S. Santayana V.

QD

IM

QV

EP

I

Qa

Qa+P=QV+QD+I+IM+E+S

S

Balance hidrológico embalseBalance hidrológico embalse


Balance hidrológico regiónBalance hidrológico región

Para un cierto intervalo de tiempo, ecuación de balance hidrológico para una región involucra todos los componentes del ciclo hidrológico.


P

ET

R1Q1

QZ1

Q2

QZ2

RZ

ZDZ

R2

P+Q1+R1+QZ1=R2+ET+Q2+QZ2±H±Z

QZ1+RZ=QZ2+DZ ± H ± Z

Balance hidrológico regiónBalance hidrológico región


Balance hidrológicoBalance hidrológico

P + QP + Qsasa + Q + Qzaza = E + ET + I + Q = E + ET + I + Qsese + Q + Qzeze + + SSLL

+ + SSSS + + SSzz + + SSNN Donde:

P = Precipitación media Qsa = Caudales superficiales afluentes a cuenca

X = Y + dS/dtX = Y + dS/dt

"X" representa insumos o entradas al sistema por unidad de tiempo, "Y" las salidas por unidad de tiempo y dS/dt es la tasa de variación con el tiempo del almacenamiento de masa o volumen en el sistema.



Qza = Caudales subterráneos afluentes

E = Evaporación media desde superficies de agua libre ET = Evapotranspiración media I = Retención de la precipitación por intercepción de la vegetación Qse = Caudales superficiales efluentes de cuenca

Qze = Caudales subterráneos efluentes

SL = Variación en período, de volúmenes de agua almacenada superficialmente (lagos, embalses, lagunas, depresiones superficiales del terreno, etc) SS = Variación del volumen de agua almacenada en suelos no saturados (en forma de humedad del suelo)Sz = Variación del almacenamiento subterráneo en acuíferos

SN = Variación del agua almacenada en nieves y glaciares


SISTEMA SUELO-AGUA-PLANTASISTEMA SUELO-AGUA-PLANTA

PP

In

In

IH

Pf

Z

EI1 EI2

ES1 ES2

Napa subterránea

ET

Zona radicular

Zona de percolación


ET


P + EI1 + ES1 = ET + EI2 + ES2 + In + H + Z

ENTRADAS

SALIDAS

VARIACIONES ALMACENAMIENTO




Balance en superficie


Preguntas motivadorasPreguntas motivadoras

• Nueva cultura del aguaNueva cultura del agua

• Día mundial del aguaDía mundial del agua

• Valor del agua: económico, social y Valor del agua: económico, social y ambientalambiental

• Hidrología y cambio climáticoHidrología y cambio climático

• Decenio del aguaDecenio del agua

• Crisis del aguaCrisis del agua

• Agua: calidad y cantidadAgua: calidad y cantidad

• Principios de DublínPrincipios de Dublín

[email protected]; [email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Education

Ciclo hidrologico