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CAPITULO 1: CICLO HIDROLGICO Y CUENCA HIDROGRFICA 1.1 INTRODUCCIN

El agua es el principal constituyente de los seres vivos, es la sustancia ms

abundante en la Tierra y es una fuerza importante que constantemente est cambiando la superficie terrestre. Es un factor clave en la climatizacin de nuestro planeta para la existencia humana y en la influencia en el progreso de la civilizacin.

El agua existe en un espacio llamado hidrsfera, que se extiende desde unos 15 km

arriba en la atmsfera hasta 1 km por debajo de la litsfera o corteza terrestre. El agua circula en la hidrsfera a travs de un laberinto de caminos que constituyen el ciclo hidrolgico. Se encuentra presente en la atmsfera, en los ocanos y mares, en hielos y glaciares, en lagos y ros, y en el subsuelo. En total, se estima que existen alrededor de 1300 millones de km3 de agua, el 97% de ella, se concentra en los ocanos y forma una reserva de agua salada, el 2% constituye los hielos y glaciares, de manera que, slo un porcentaje inferior al 0,5%, constituye el agua fcilmente aprovechable por el hombre. Parece, a primera vista, una muy pequea proporcin del total de los recursos, pero ella es absolutamente indispensable para mantener la vida humana, la flora y la fauna del planeta. En la Tabla 1.1 se muestra una estimacin de las cantidades de agua en sus distintas formas presentes en la tierra.

1.2 CICLO HIDROLGICO El ciclo hidrolgico es un fenmeno global de circulacin del agua entre la

superficie terrestre y la atmsfera, impulsado fundamentalmente por la energa solar asociada a la gravedad y la rotacin terrestre. Es el foco central de la hidrologa, no tiene principio ni fin y sus diversos procesos ocurren en forma continua.

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El ciclo hidrolgico global junto con la radiacin solar forman el recurso bsico para la produccin biolgica primaria. Provee el agua que es requerida para la asimilacin del carbono y juega un papel importante en el suministro y transporte de nutrientes. Asimismo, el ciclo hidrolgico es el responsable de regular las condiciones favorables de temperatura en la tierra.

Tabla 1.1 Distribucin del Agua en la Tierra.

Ubicacin Volumen

Miles de millones m3

Porcentaje

Agua Superficial Lagos de agua dulce 123,000 0.009 Lagos salinos y mares int. 102,400 0.008 Canales y ro 1,229 0.0001

Agua Subterrnea No saturada (humedad suelo) 65,500 0.005 Agua subterrnea (hasta 800m) 4,100,000 0.31 Agua subterrnea profunda 4,100,000 0.31

Otras Glaciares y hielo 28,600,000 2.15 Humedad en la atmsfera 12,700 0.001 Ocanos 1,298,000,000 97.3 Totales 1,335,104,829 100% Ref.: Leopold, L.B., Water , a primer, W.H. Freeman&Co., San Francisco, 1974

Aunque el contenido de agua en los sistemas superficiales y atmosfricos es

relativamente pequeo, inmensas cantidades de agua pasan anualmente a travs de ellos. El anlisis del flujo y almacenamiento de agua en el balance global del agua da una visin global de la dinmica del ciclo hidrolgico.

1.2.1 Balance hdrico global

El ciclo hidrolgico comienza en el mar, donde las gotas de agua se encuentran sumergidas en lo ms profundo del ocano. Con ayuda del movimiento del agua marina las gotas se sumergen o suben y alcanzan la superficie. Durante el ascenso su temperatura aumenta hasta tener contacto con los rayos del sol, evaporndose en la atmsfera, es aqu donde las gotas de agua toman otra forma natural que es el cambio fsico de lquido a vapor con ayuda de los rayos del sol, la evaporacin de los ocanos se estima que es 425,000 Km3.

El ascenso es constante y, con apoyo del viento, el vapor alcanza algunos

kilmetros ms arriba, donde sufre la prdida de calor que lo detiene hasta formar otra vez gotas de agua o pequeos cristales de hielo, aqu el vapor ayudado con la baja temperatura se convierte nuevamente en agua. Millones de gotas o cristales darn origen, poco a poco, a las nubes suspendidas en el aire hasta que nuevos descensos de la temperatura multipliquen la unin de las gotas o cristales de hielo y provoquen as su cada en forma de lluvia. La lluvia sobre el ocano se estima en 385 000 Km3. El flujo principal viaja de las regiones ecuatoriales clidas a las de alta latitud.

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La condensacin de 40 000 Km3 del vapor originado en los ocanos, y transportado

por la circulacin atmosfrica, precipita sobre los continentes unido a 71 000 Km3 provenientes de la evapo-transpiracin de los continentes. El exceso de 40 000 Km3 retorna a los ocanos por medio de los ros y aguas subterrneas.

Figura 1.1 El ciclo hidrolgico

1.2.2. Componentes del ciclo hidrolgico

El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmsfera por evaporacin; otra parte escurre por la superficie del terreno, la escorrenta superficial, que se concentra en surcos y va a originar las lneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmsfera por evapotranspiracin o profundizarse hasta alcanzar las capas freticas.

Tanto el escurrimiento superficial como el subterrneo van a alimentar los cursos de agua que desaguan en lagos y en ocanos.

La escorrenta superficial se presenta siempre que hay precipitacin y termina poco despus de haber finalizado esta. Por otro lado, el escurrimiento subterrneo, especialmente cuando se da a travs de medios porosos, ocurre con gran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho despus de haber terminado la precipitacin que le dio origen.

Los procesos del ciclo hidrolgico ocurren en la atmsfera y en la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dos ramas: area y terrestre.

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El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos: una que es devuelta a la atmsfera por evapotranspiracin y dos que producen escurrimiento superficial y subterrneo. Esta divisin est condicionada por varios factores, unos de orden climtico y otros dependientes de las caractersticas fsicas del lugar donde ocurre la precipitacin.

As, la precipitacin, al encontrar una zona impermeable, origina escurrimiento superficial y la evaporacin directa del agua que se acumula y queda en la superficie. Si ocurre en un suelo permeable, poco profundo y localizado sobre una formacin geolgica impermeable, se produce entonces escurrimiento superficial, evaporacin del agua que permanece en la superficie y an evapotranspiracin del agua que fue retenida por la cubierta vegetal. En ambos casos, no hay escurrimiento subterrneo; ste ocurre en el caso de una formacin geolgica subyacente permeable y profunda.

1.2.2.1 Evaporacin

La evaporacin depende principalmente de dos factores: uno es la temperatura que

determina la presin de vapor saturado y el otro es el intercambio turbulento de aire que est relacionado a la velocidad del viento y la rugosidad de la superficie.

1.2.2.2 Precipitacin La lluvia es causada por la condensacin y formacin de nubes en la atmsfera

cuando el aire es enfriado hasta su punto de roco. Este enfriamiento es causado por expansin adiabtica de las masas de aire ascendentes debido a la disminucin de presin atmosfrica con la altura. La liberacin de calor por condensacin puede proveer energa adicional para causar mayor elevamiento de masas de aire, lo que puede resultar en tormentas convectivas. La mayora del vapor productor de lluvia ha sido objeto de transporte advectivo por circulacin atmosfrica.

1.2.2.3 Infiltracin Se entiende por infiltracin el volumen de agua procedente de las precipitaciones,

que en un determinado tiempo, atraviesa la superficie del terreno y ocupa total o parcialmente los poros del suelo o de las formaciones geolgicas subyacentes. No toda la infiltracin alcanza la zona saturada, pues en mayor o menor proporcin, una parte queda en la zona superior y vuelve a la atmsfera por el proceso de evapotranspiracin.

1.2.2.4 Evapotranspiracin Parte de la lluvia que llega a la tierra desaparece por evaporacin, el agua restante

puede correr a lo largo de las superficies o infiltrarse, recargando la humedad del suelo. Despus que el suelo ha alcanzado condiciones especficas de humedad, el agua percola hacia la zona saturada, pero parte de esta humedad es evaporada principalmente a travs de la transpiracin de las plantas.

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1.2.2.5 Escorrenta El exceso de agua superficial as como parte del agua subterrnea es descargado por

los ros a los ocanos, y en menor proporcin existe una descarga subterrnea directa a los ocanos.

El rgimen de los ros sigue principalmente el patrn estacional de lluvia y evapotranspiracin con una atenuacin y retraso por los procesos de almacenamiento. Los ros responden rpido en reas con suelos poco profundos, pendientes pronunciadas y baja capacidad de infiltracin. Por el contrario, reas con alta capacidad de infiltracin, alto almacenamiento subsuperficial y alta permeabilidad se caracterizan por tener ros de respuesta lenta con flujo base extendido. El total de la descarga global est conformado por flujo base y flujo directo.

1.2.2.6 Agua subterrnea

En el suelo se pueden distinguir dos zonas muy diferenciadas: una zona superior no saturada con suelo hmedo y una zona inferior saturada con el agua subterrnea propiamente dicha. Estas zonas estn delimitadas por el nivel fretico, la profundidad a la que ste se encuentra depende de la topografa, la estructura del suelo y el clima. El almacenamiento de agua subterrnea en una capa est determinado por la porosidad, pero su facilidad de fluir depende de la permeabilidad, esto es, la interconexin y el tamao de los poros.

1.3 CUENCA HIDROGRFICA

El ciclo hidrolgico es normalmente estudiado con mayor inters en la fase terrestre, donde un elemento fundamental del anlisis es la cuenca hidrogrfica. Una cuenca hidrogrfica es un rea de captacin natural del agua de la precipitacin que converge hacia un nico punto de salida. Se compone bsicamente de un conjunto de superficies vertientes y de una red de drenaje formada por cursos de agua que fluyen hasta llegar a un lecho nico.

La precipitacin que cae sobre las vertientes no se infiltra totalmente. Slo hasta

que el suelo est saturado superficialmente, comienzan a descender las tasas de infiltracin y a surgir escorrenta superficial.

El escurrimiento superficial generado en las vertientes, puede ser interpretado como

un producto de agua para escurrimiento rpido y por tanto las vertientes seran vistas como las productoras. Con este enfoque, el agua producida por las vertientes tiene como destino inmediato la red de drenaje, que se encarga de transportarla a la seccin de salida de la cuenca.

La zona de inundacin de los cursos de agua (lecho mayor) tendr un

comportamiento ambguo: - Al momento de la produccin de escorrenta, inicialmente tienen los niveles

de agua bajos y funcionan como zona vertiente,

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- Al momento del transporte, cuando estn en crecida, funcionan como zona de inundacin para el escurrimiento.