Capitulo 1 Sesión 1. Conceptos Básicos Hidrología Msc. Ing. Juan Carlos Licona Paniagua UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL 2017

INTRODUCCION El agua es la sustancia más abundante en la tierra, es una fuerza importante que constantemente está cambiando la superficie de la tierra, también es un factor clave en la climatización de nuestro planeta. El hombre la requiere para satisfacer sus necesidades básicas, usos recreativos, para transformarla en energía, la agricultura y para procesos de manufactura. Por desgracia, no siempre es posible satisfacer las necesidades humanas y con frecuencia su escasez no permite disponer de la cantidad necesaria, otras veces su exceso ocasiona graves daños materiales, y pérdidas de vidas humanas. 2

DEFINICION DE HIDROLOGIA HIDRO: AGUALOGIA: ESTUDIO O TRATADO Hidrología es la ciencia que trata de las aguas sobre la tierra, su ocurrencia, circulación y distribución, sus propiedades químicas y físicas y su reacción con el medio ambiente, incluyendo su relación con los seres vivos. El dominio de la Hidrología abarca toda la historia de la vida del agua en la tierra. 3

DEFINICIONES DE HIDROLOGIA Oscar Edward Meinzer ( ), definió a la hidrología como la ciencia interesada en la existencia del agua en la tierra, sus reacciones físicas y químicas con el resto de ésta y su relación con la vida sobre la misma. La U.S. Federal Council for Science and Technology (1962). “Hidrología es la ciencia natural que estudia el agua, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos”. La definición que plantea la Organización Meteorológica Mundial, “Hidrología es la ciencia que trata de los procesos que rigen el agotamiento y recuperación de los recursos de agua en las áreas continentales de la tierra y en las diversas fases del ciclo hidrológico” 4

CICLO HIDROLÓGICO Fue descubierto hasta el siglo XVII por los científicos franceses PERRAULT y MARIOTTE. Fenómeno global de circulación del agua entre superficie terrestre y atmósfera, impulsado por energía solar, asociada a gravedad y a rotación de Tierra. 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. 5

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7 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 HIDROLÓGICO Ecuación del ciclo hidrológico: Precipitación = escurrimiento + infiltración + evaporación + transpiración + almacenaje

8 Precipitación Infiltración Flujo superficial Flujo subterráneo Divisoria de aguas Intercepción Ciclo hidrológico en cuenca Evapotranspiración Interflujo Nivel freático Divisoria de aguas Río Agua subterránea Nivel freático Interflujo

Ciclo hidrológico Superficie oceánica Precipitación Escurrimiento y almacenamiento Infiltración Evapotranspiración Evaporación Precipitación

Ciclo del agua: procesos aéreos 10 Transpiración: movimiento por plantas Condensación: formación de nubes Evaporación: elevación de vapor Precipitación: caída de lluvia

Precipitación 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. 11

Intercepción 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. 12 Intercepción Precipitación Escurrimiento fustal Precipitación directa

Escorrentía 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. 13

Evaporación y transpiración 14

Transpiración 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. 15

16 SUBLIMACIÓN: Es el proceso por el cual el hielo y la nieve (un sólido) cambian a vapor de agua (un gas) sin pasar por la fase líquida. CONDENSACIÓN: Es el proceso donde el vapor de agua (un gas) cambia nuevamente a gotas de agua (un líquido). Esto es cuando comienzan a observarse las nubes. TRANSPORTACIÓN: Es el movimiento de agua sólida, líquida y gaseosa a través de la atmósfera. Sin este movimiento, el agua evaporada sobre el océano no se precipitaría sobre tierra. DEPOSICIÓN: Es lo contrario a la sublimación. El vapor de agua (un gas) cambia a hielo (un sólido) sin pasar por la fase liquida. Esto se observa más comúnmente en noches frías y claras cuando se forma escarcha en el suelo.

Ciclo del agua: Procesos subterráneos 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. 17 Ascenso capilar Lavado Percolación Agua subterránea Infiltración

Infiltración/percolación Absorción y entrada del agua hacia interior del suelo (movimiento del agua) 18 Humedad del suelo Agua subterránea Percolación Infiltración

Percolación 19  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.

En naturaleza existe cantidad enorme de agua: 1390 millones de km 3. Sin embargo: (96.4% – 97.5%) de esa cantidad es agua salada y sólo (2.5% – 2.9%) 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. 20 Cuánta agua hay en la Tierra?

21 Cuánta agua hay en la Tierra?  En naturaleza existe 1390x10 6 km 3 de agua: pero 97% es agua salada, no utilizable directamente

22 Agua dulce 2.5% millones km 3 Agua salada 97.5% 1’ millones km 3 Agua en la Tierra Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 millones de km 3 de agua

% glaciares y nieves eternas millones km 3 0.9% humedad del suelo 0.31 millones km % agua subterránea millones km 3 0.3% agua de lagos y ríos 0.10 millones km 3 Única porción renovable Disponibilidad del agua dulce 2.5% agua dulce millones km 3

24 Disponibilidad del agua dulce Volumen de agua almacenada (km 3 )Porcentaje Globo, Hidrosfera — total — aguadulce Océanos (agua salada) Glaciares, nieve perenne 1,390,000,000 40,000,000 1,340,000,000 24,000, % 2.9% del total del agua 96.4% del total de agua 1.7% del total de agua 60 % del agua dulce Aguas subterráneas (acuíferos, m de Profundidad) — total — agua dulce 60,000,000 16,000,000 40% del agua dulce Aguas superficiales de los continentes: — lagos — cauce de los ríos Humedad de suelo Atmósfera Biosfera 176,400 2,120 16,500 3,000 1, % del total del agua 0,005% del agua dulce 0.04 % del agua dulce 0.03 % del agua dulce % del agua dulce Tabla 1.1: Almacenes en el ciclo hidrológico. Según CASTANY (1982, modificado)

Acción antrópica sobre el ciclo hidrológico 25 A medida que la civilización progresa, las actividades humanas invaden gradualmente el medio ambiente natural del agua, alterando el equilibrio dinámico del ciclo hidrológico e iniciando nuevos procesos y eventos. Por ejemplo: Lluvia artificial, desalinización del agua de mar o construcción de embalses para controlar flujo de ríos.

Acción antrópica sobre el ciclo hidrológico 26 Ejemplos: Hay teorías que afirman que debido a la quema de combustibles fósiles, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera se está incrementando, lo que puede llevar al calentamiento de la tierra y tener efectos de largo alcance sobre la hidrología global; Los drenajes extensivos han hecho descender el nivel de la zona saturada y, paralelamente, se ha reducido la evapotranspiración y ha aumentado la aportación de la escorrentía subterránea a los ríos; La construcción de presas y canales de derivación modifica los regímenes naturales de escurrimiento de los ríos; La deforestación o la repoblación forestal pueden también modificar el régimen de crecidas de los ríos, pero no parece haber datos que permitan asegurar una modificación sustancial en su aportación media anual.

27 Agua subterránea Extracción Erosión Contaminación Transportada por aire Almacenamiento en represas Océano Lluvia Evaporación Irrigación Salinización Intrusión Salina Enfermedades infectocontagiosas Deslizamientos de tierra Inundaciones Contaminación del agua Presiones impuestas al agua por hombre

28 Hombre y ciclo hidrológico Océano Evaporación Evapo-transpiración Escorrentía Agua potable Descarga aguas tratadas Intrusión marina Acuifero Infiltración Recarga Evaporación Extracción Precipitación Humedad suelo

29 Hombre y ciclo hidrológico

Ciclo hidrológico “urbano” 30

Usos del agua y ciclo hidrológico 31

Ciclo del agua y riego 32 Escorrentía Humedad del suelo Lluvia Drenaje Riego Evapotranspiración Planta toma agua

Ciclo hidrológico y cultivos 33 transpiración evaporación infiltración Percolación profunda Ascenso capilar Absorción por raíces Drenaje Tabla de agua

Sistemas hidrológicos 34 oSe 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 global 35 Atmósfera Precip Precipitación Precip Evap Evaporación Traspirac Precip-interc Esc. superficial Esc. superf. Interflujo Flujo subterráneo Intrusión marina Flujo subterráneo Ascenso capilar Percolación Difusión vaporInfiltrac Interflujo Océano Ríos y otros cuerpos de agua Vegetación Superficie terrestre Suelo Acuífero ABCABC

36 Ciclo Hidrológico como Sistema Figura 1.2. Ciclo Hidrol ó gico como Sistema

37 Cuenca como sistema hidrológico Figura 1.3. La Cuenca como Sistema Hidrol ó gico Ingreso  Operador  Egreso I (t)  b  E (t)