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

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1 2 Ciclo hidrológico Superficie oceánica Precipitación Infiltración Evapotranspiración Evaporación Precipitación Precipitación Escurrimiento y almacenamiento CURSO: HIDROGEOLOGÍA APLICADA Tema 2: Ciclo Hidrológico: Balance hidrologico, las aguas subterráneas en el ciclo hidrológico Prof. M Sc. Ing. Audberto Millones Chafloque UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ATIPLANO ESCUELA DE POSTGRADO, MAESTRIA EN INGENIERIA AGRICOLA, MENCION EN INGENIERÍA DE RECURSOS HÍDRICOS

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

3 Ciclo del agua Agua, desarrolla un ciclo en naturaleza, denominado ciclo 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.

4 Ciclo del agua Agua, desarrolla un ciclo en naturaleza, denominado ciclo 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.

5 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

6 Ciclo del agua o Generalmente es descrito en términos de sus componentes: precipitación, infiltración, evaporación, transpiración, escorrentía y flujo subterráneo.

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

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

9 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 por hombre?

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

11 Hombre y ciclo hidrológico

12 Ciclo hidrológico “urbano”

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

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

15 Ciclo del agua: fases aéreas Transpiración: movimiento por plantas Condensación: formación de nubes Evaporación: Precipitación: caída de lluvia elevación de vapor

16 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

17 Intercepción Precipitación Escurrimiento fustal 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. Precipitación directa

18 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.

19 Evaporación y transpiración

20 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.

21 Ciclo del agua: fases subterráneas Ascenso capilar Percolación Lavado 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

22 Infiltración/percolación Absorción y entrada del agua hacia interior del suelo Infiltración Humedad del suelo Percolación Agua subterránea

23 Percolación  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.

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

25 Aguas subterráneas Agua almacenada en suelo y capas rocosas (acuíferos). Depende de porosidad y permeabilidad del acuífero. Nivel freático Agua subterránea

26 Flujo del agua sobre superficie Infiltración Lago Agua subterránea Evaporación Transpiración Precipitación Relación entre agua subterránea y superficial

27 Componentes del agua subterránea

28 Flujo subterráneo

29 En naturaleza existe cantidad enorme de agua: 1386 millones de km 3. 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 Tierra?

30  En naturaleza existe 1386x10 6 km 3 de agua: pero 97% es agua salada, no utilizable directamente

31 Agua dulce 2.5% 34.65 millones km 3 Agua salada 97.5% 1’351.35 millones km 3 Agua en la Tierra Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 millones de km 3 de agua

32 68.9 % glaciares y nieves eternas 23.87 millones km 3 0.9% humedad del suelo 0.31 millones km 3 29.9% agua subterránea 10.36 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 34.65 millones km 3

33 Sistemas hidrológicos 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." 33

34 Sistema hidrológico global Atmósfera PrecipPrecip PrecipPrecip PrecipPrecip EvEv EvapEvap Evaporación apPrapPr ecip-interc Esc. superficial Esc. superf. Interflujo Flujo subterráneo usión marina Flujo subterráneo Intr r Percol ación Ascenso capila fusión vaporInfiltInfilt rac Interflujo Di Océano Ríos y otros cuerpos de agua TraspiracPrecipitación Vegetación Superficie terrestre Suelo Acuífero

35 Océanos 1350·10 15 m 3 Atmósfera 13·10 12 m 3 Evaporación 361·10 12 m 3 /año Precipitación 324·10 12 m 3 /año Tierras 33.6·10 15 m 3 AguasAguas superficialessuperficiales y subterráneas 37·10 12 m 3 /año EvaporaciónEvaporación y transpiración 62·10 12 m 3 /año 99·10 12 m 3 /año Precipitación 361·10 12 m 3 /año 62·10 12 m 3 /año 423·10 12 m 3 /año 324·10 12 m 3 /año 99·10 12 m 3 /año 423·10 12 m 3 /año Balance atmósfera Basado en http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml Sistema hidrológico global

36 Estratos impermeables Percolación profunda Océano Esco rrentía Flujo superf icial Movimiento aguas subterráneas Nivel freático Infiltración en tierra Evaporación 68 Precipitación Evaporación Vegetación SueloSuelo EmbalseEmbalse 31 Flujo superficial océanoocéano 428 396 Precipitación sobre océano Evaporación desde 3232 Intrusiones salinas Basado en Britannica 2004 Flujos en unidades de 10 12 m 3 /año Intercep d c e ió s n de tierra y 100 transpiración 1 Flujo de agua en ciclo hidrológico

37 Flujo de agua en CH

38

39 Balance anual del ciclo hidrológico

40 Balance hidrológico en cuenca

41 P - Q - G - ET -  S = 0 Donde: P = Precipitación; Q = Caudal superficial; G = Caudal subterráneo; ET = Evapo- transpiración;  S = Cambio en humedecimiento

42 QDQD IMIM QVQV E P I QaQa Qa+P=Q V +Q D +I+I M +E+  S S Balance hidrológico embalse

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

44 P ETET R 1 Q1Q1 Q Z1 Q2Q2 Q Z2 RZRZ Z DZDZ R2R2 P+Q 1 +R 1 +Q Z1 =R 2 +ET+Q 2 +Q Z2 ±  H±  Z Q Z1 +R Z =Q Z2 +D Z ±  H ±  Z Balance hidrológico región

45 Balance hidrológico X = 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. P + Q sa + Q za = E + ET + I + Q se + Q ze +  S L +  S S +  S z +  S N Donde: P = Precipitación media Q sa = Caudales superficiales afluentes a cuenca

46 Balance hidrológico Q za = Caudales subterráneos afluentes E = Evaporación media desde superficies de agua libre ET = Evapotranspiración media I = Retención de la precipitación por intercepción de la vegetación Q se = Caudales superficiales efluentes de cuenca Q ze = Caudales subterráneos efluentes  S L = Variación en período, de volúmenes de agua almacenada superficialmente (lagos, embalses, lagunas, depresiones superficiales del terreno, etc)  S S = Variación del volumen de agua almacenada en suelos no saturados (en forma de humedad del suelo)  S z = Variación del almacenamiento subterránea en acuíferos

47 SISTEMA SUELO-AGUA-PLANTA P P In I H P f EI 1 EI 2 ES 1 ES 2 Napa subterránea ET Zona radicular Zona de percolación Z Balance hidrológico ET

48 P + EI 1 + ES 1 = ET + EI 2 + ES 2 + In +  H +  Z ENTRADAS SALIDAS VARIACIONES ALMACENAMIENTO Balance hidrológico

49 Balance ensuperficie 49

50 Preguntas motivadoras Nueva cultura del agua Día mundial del agua Valor del agua: económico, social y ambiental Hidrología y cambio climático Decenio del agua Crisis del agua Agua: calidad y cantidad Principios de Dublín 50