Hidrología

Fuentes, Juan Pablo C.I: 20.375.185, Kechichian, Azzat C.I: 19.611.517

Vásquez, Carlos Enrique C.I.: 21.471.388

Radiación Solar, Atmosfera y Superficie Terrestre

La energía que llega al exterior de la atmósfera lo hace en una cantidad fija, llamada constante solar. Esta energía es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda entre 200 y 4000 nm, que se distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol. El Sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Estas radiaciones se distinguen por sus diferentes longitudes de onda. Algunas, como las ondas de radio, llegan a tener longitudes de onda de kilómetros, mientras que las más energéticas, como los rayos X o las radiaciones gamma tienen longitudes de onda de milésimas de nanómetro.

La Tierra, Movimientos y Divisiones

La Tierra es uno de los planetas que forma parte del sistema solar, como todo planeta, es un astro sin luz propia que recibe la energía del Sol.

a) Movimiento de rotación: Es el movimiento que realiza la Tierra sobre sí misma alrededor de un eje de rotación imaginario que pasa por los polos. La rotación terrestre es de oeste a este y tarda 24 horas en dar una vuelta completa, este movimiento marca el día sideral y es uno de los factores responsables del clima y por lo tanto las estaciones.

b) Movimiento de traslación: Es el recorrido en forma de elipse casi circular (orbita) que realiza la Tierra alrededor del Sol. El Sol se encuentra prácticamente en el centro de la elipse, el plano que la contiene se denomina plano de la eclíptica. La Tierra tarda 365,242 días para dar una vuelta completa alrededor del Sol.

c) Movimiento de precesión : El movimiento de precesión de los equinoccios es el que describe el inclinado eje de la tierra de forma circular. Más concretamente, es el movimiento que hace el polo norte terrestre respecto al punto central de la elipse que describe la Tierra en el movimiento de translación. Este movimiento fue descrito y calculado por primera vez en la antigua Grecia por Hiparco de Nicea. La causa física fundamental de la existencia de este movimiento es el momento de fuerza que ejerce el Sol sobre la Tierra, aunque este movimiento también se ve fuertemente afectado por el movimiento de las placas tectónicas, por lo cual su periodicidad no es tan precisa como en el caso de los movimientos de rotación y translación. Aún así, su duración estimada es de 25 780 años, lo que también es conocido como año platónico.

d) Movimiento de Nutación : El eje de la Tierra, como acabamos de describir en el punto anterior, se mueve de forma circular mediante el movimiento de precesión, pero los círculos que describe no son exactos. De hecho, el movimiento de nutación lo que hace es generar oscilaciones haciendo que el eje de la tierra se incline un poco más o un poco menos respecto a la circunferencia que describe el movimiento de precesión. Este movimiento, fue descubierto en 1728 por James Bradly, pero cuando lo dio a conocer no conocía aún la causa de la existencia del mismo. Esto fue demostrado 20 años más tarde, cuando los cálculos de distintos físicos y astrónomos determinaron que este movimiento era causado directamente por la atracción gravitatoria de la Luna.

e) Bamboleo de Chandler : En 1891 el astrónomo Seth Carlo Chandler descubrió una nueva irregularidad en la oscilación del eje de la Tierra. Este nuevo movimiento, conocido como el bamboleo de Chandler, se trata de un movimiento oscilatorio del eje de la Tierra que hace que se desplace hasta 9 metros de la posición predicha para un momento concreto. La causa real de la existencia de este movimiento aún no ha sido averiguada a día de hoy, aunque ha habido varias teorías al respecto, desde que podría estar causado por los cambios climáticos hasta que la causa real podría ser las variaciones de concentración salina en el mar.

El máximo rango registrado por esta oscilación ocurrió en el año 1910, y por razones que aún se desconocen, este movimiento desapareció durante seis semanas en el año 2006.

Clima y Sus Elementos

El clima es la generalización de los distintos tipos de tiempo atmosférico que se repiten en un lugar determinado de la superficie terrestre. Para estudiar el clima de un lugar es necesaria la observación durante un lapso de tiempo largo (entre 10 y 30 años) y después se hacen promedios.

La diferencia entre tiempo atmosférico y clima está en que el tiempo es variable, cambia en periodos cortos y el clima es más estable y permanente.

Los elementos del clima son el conjunto de fenómenos que lo forman. Entre ellos podemos mencionar:

* Temperatura.

* Presión Atmosférica.

* Humedad Atmosférica.

* Vientos.

* Precipitaciones.

Hidrología, Concepto Y Alcances

La Hidrología (del griego hydor-, agua) es la disciplina científica dedicada al estudio de las aguas de la Tierra, incluyendo su presencia, distribución y circulación a través del ciclo hidrológico, y las interacciones con los seres vivos. También trata de las propiedades químicas y físicas del agua en todas sus fases.

El objetivo primario de la hidrología es el estudio de las interrelaciones entre el agua y su ambiente. Ya que la hidrología se interesa principalmente en el agua localizada cerca de la superficie del suelo, se interesa particularmente en aquellos componentes del ciclo hidrológico, como lo son, precipitación, evapotranspiración, escorrentía y agua en el suelo. Los diferentes aspectos de estos fenómenos son estudiados en sus varias subdisciplinas. La hidrometeorología, por ejemplo, se concentra en el agua localizada en la capa fronteriza inferior de la atmósfera, mientras que la hidrometría se encarga de las mediciones del agua superficial, especialmente precipitación y flujo de las corrientes. La hidrografía involucra la descripción y la confección de mapas de los grandes cuerpos de agua, tales como lagos, mares interiores y océanos. Por el otro lado, la hidrología del suelo se centra en el agua que se encuentra en la zona saturada debajo de la superficie del suelo, y en la física suelo-agua en la zona no saturada.

La investigación hidrológica es importante para el desarrollo, gestión y control de los recursos de agua. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo el desarrollo de sistemas de irrigación, control de inundaciones y erosión de suelos, eliminación y tratamiento de aguas usadas, disminución de la contaminación, uso recreacional del agua, la conservación de los peces y vida silvestre, la generación hidrálica, y el diseño de estructuras hidrálicas.

El hidrólogo estudia los procesos fundamentales de transporte para poder describir la cantidad y calidad del agua que se desplaza por el ciclo (evaporación, evaporación, escorrentía, infiltración, flujo subterráneo, y otros componentes). El ingeniero hidrólogo, o ingeniero de recursos hídricos, se encarga de la planificación, diseño, construcción y operación de los proyectos para el control, uso y gestión de los recursos hídricos. Los problemas del recurso agua también son estudiados por los meteorólogos, oceanógrafos, geólogos, químicos, biólogos, economistas, politólogos, especialistas en matemáticas aplicadas e informática, e ingenieros de varios campos.

Ciclo Hidrologico

El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, describe el movimiento continuo y cíclico del agua en el planeta Tierra. El agua puede cambiar su estado entre líquido, vapor y hielo en varias etapas del ciclo, y los procesos pueden ocurrir en cuestión de segundos o en millones de años. Aunque el equilibrio del agua en la Tierra permanece relativamente constante con el tiempo, las moléculas de agua individuales pueden circular muy rápido.

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación.

Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas.

Las raíces de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenómeno es la transpiración.

Agua Y Distribución En La Superficie Terrestre

El agua forma parte de la vida misma, pues todos los seres vivos tienen en su composición, un alto contenido de agua. El agua es un compuesto químico muy estable, formado por dos partes de hidrógeno y una de oxígeno (H2O). El agua de los mares, es agua salada con materias sólidas disueltas: cloruro de sodio, potasio, magnesio y calcio.

Vientos, Presión Y Temperatura

a) Viento: es el movimiento horizontal del aire atmosférico. Al aire que se mueve verticalmente se le llama corriente aérea. Los vientos tienen gran importancia geográfica porque transportan: masas de aire frío desde las zonas frías a las cálidas y viceversa, originando variaciones en la temperatura; y humedad desde los océanos y mares a los continentes, provocando zonas de abundante lluviosidad.

b) Temperatura: es el grado de calor que posee el aire en un momento y lugar determinados; se consigue en la Atmosfera y en cualquier otro cuerpo de la Tierra. Hay lugares cálidos y lugares fríos; ese grado de calor existente en la Atmosfera es el que recibe el nombre de temperatura atmosférica; se origina por la influencia de la energía solar.

c) Presión atmosférica: el aire, aunque parece liviano, tiene peso. Se llama presión atmosférica al peso que ejerce el aire sobre un determinado punto de la superficie terrestre. La presión no es uniforme en toda la corteza, por ejemplo disminuye en las zonas elevadas. Por lo tanto, es más baja en las montañas que en las costas.

¿Cómo se mide la presión atmosférica? Se estableció una presión media, tomada sobre el nivel del mar. Este valor alcanza los 760 mm y equivale a 1.033 gr. Por cm2. Puede ser medida por medio del barómetro (instrumento hecho de mercurio o metal que se basa en el principio de que el aire pesa y, así, ejerce presión sobre el mercurio o el metal – la presión marcada se lee en milímetros).

Glosario

Adherencia. (Del lat. adhaerentĭa).

1. f. Unión física, pegadura de las cosas.

2. f. Cualidad de adherente.

Aforo: Capacidad de un deposito o recipiente. Medición de la cantidad de agua que lleva una Corriente y que pasa a través de una sección determinada en una unidad de tiempo (De la Lanza et al. 1999).

Agua: Compuesto formado por la combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, dispuestos en un ángulo de 105°, con el oxígeno en el vértice. Es un líquido inodoro e insípido, que en pequeña cantidad es incoloro, y en grandes masas adquiere tonos verdosos; que refracta la luz, disuelve las substancias, se solidifica por el frío, se evapora por el calor y, más o menos puro, forma la lluvia, los manantiales, los ríos y los mares. El agua es buena acumuladora de calor de la naturaleza y equilibra las fluctuaciones térmicas. De la Lanza et al., refieren más de 90 calificativos especializados del término agua (CONANP, 2006).

Agua capilar: Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la capilaridad. Agua del suelo por encima de la humedad higroscópica y por debajo de la capacidad de campo. Porción de agua retenida por las fuerzas capilares entre las partículas de suelo.

Almacenamiento: Acumulación de agua en un embalse. Volumen de agua almacenada (De la Lanza et al. 1999).

Capilaridad: La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo.

Caudal (=aforo, gasto): Volumen de agua de un flujo por unidad de tiempo, generalmente en M3/seg. Medido en un punto determinado del conducto (Lugo, 2011). Cantidad o volumen de agua que transporta un río a través de una sección transversal en una unidad de tiempo. Se expresa en metros cúbicos por segundo (m3/s). Se conocen como variantes caudal crítico, de avenida, de base, de cauce lleno, caudal de estiaje (CONANP, 2006).

Cauce: Conducto natural o artificial por el cual fluye el agua. Lecho de un río. Porción interior de un valle fluvial ocupada por la corriente. Se caracteriza por la achura, profundad y superficie del agua. Puede ser rectilíneo, sinuosos y disperso (meandros) (Lugo, 2011). Parte más profunda de un rio o escurrimiento, por la que fluye el caudal principal. Curso de agua natural o artificial, claramente diferenciado, que contiene agua en movimiento en forma continua o periódica, o que enlaza dos cuerpos de agua (De La Lanza et al. 1999).

Coalescencia: La coalescencia es la posibilidad de que dos o más materiales se unan en un único cuerpo. El término es comúnmente utilizado para explicar los fenómenos de soldadura.

Coeficiente De Escorrentía: relación entre el índice de escorrentía y la precipitación anual. Indica qué porcentaje de la precipitación anual circula, de media.

Cohesión: atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia.

Condensación: cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

Confluencia: Es la reunión en uno solo de dos o más cursos de agua, glaciares, o corrientes marinas, así como el punto donde esto ocurre. En pocas palabras Confluencia es donde aguas de otros lugares se juntan y lo conforman.

Cuencas Hidrográficas: Son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del deshielo, descienda por la depresión hasta llegar al mar. En algunos casos, la cuenca puede no alcanzar el nivel del mar si se trata de un valle encerrado por montañas, en cuyo caso la formación acuífera será una laguna o lago.

Depresión: Cualquier porción baja de la superficie terrestre respecto a las contiguas; en la mayoría de los casos es cerrada. Región de hundimiento de la corteza terrestre con relleno parcial de sedimentos (De La Lanza et al. 1999). Cualquier porción de la superficie terrestre baja respecto a las contiguas, en la mayoría de los casos cerrada (Lugo, 2011).

Escorrentía (=arroyada, =escurrimiento superficial): Proceso del movimiento del agua en la superficie terrestre que se lleva a cabo fundamentalmente en las laderas, después de fuertes precipitaciones pluviales o deshielo (Lugo, 2011).

Evaporación (m3): Proceso a través del cual un líquido se transforma en vapor (CONANP, 2006). Proceso físico en el que un líquido se transforma en vapor una temperatura inferior a la del punto de ebullición (De La Lanza et al. 1999).

Evapotranspiración (mm/día): Cantidad de agua que retorna a la atmosfera en una determinada zona por evaporación del agua superficial y del suelo y por transpiración de la vegetación. CONAGUA. También es la suma total del agua, pérdida por evaporación en el suelo y transpiración de las plantas, más el proceso de la evaporación de una superficie de agua en una cubierta vegetativa y la regulación de su transpiración por la planta (Campos, 1988).

Filtración: Agua que se filtra a través de pequeñas aberturas en material permeable. Proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.

Frecuencia: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Hidrograma: Grafico que muestra información relacionada con una corriente fluvial, como nivel, caudal o carga, en relación con su variación en el tiempo (Lugo, 2011).

Infiltración: Penetración del agua a través de las grietas y poros o intersticios del terreno, sometida a fuerzas de gravedad y capilaridad (De la Lanza et al. 1999). Se le llama infiltración cuando el agua penetra al subsuelo y es gradualmente conducida a capas más profundas, pudiendo penetrar a través de los mantos rocosos subterráneos, pasando entre sus pequeñas grietas. Se debe distinguir la infiltración de la percolación, que implica flujo de agua a través del suelo o sustancia porosa (CONANP, 2006).

Intensidad: tasa temporal de precipitación, o sea, la profundidad por unidad de tiempo (mm/hr).

Intercepción: Proceso por el cual la precipitación es atrapada y retenida por la vegetación y puede luego perderse por evaporación sin alcanzar el suelo.

Percolación (=pérdidas por infiltración, rezume): Movimiento lento del agua en un medio poroso. Flujo del agua a través del suelo o sustancias porosas (De la Lanza et al. 1999). Movimientos lento del agua por gravedad al llegar a una capa freática (De La Lanza et al. 1999).

Pérdida: es la carencia o privación de lo que se poseía.

* Pérdida bruta por intercepción: cantidad de lluvia evaporada por el follaje y capa de humus.

Precipitación (mm): Agua en forma líquida o solida, procedente de la atmosfera, que se deposita sobre la superficie de la tierra; incluye el rocío, la llovizna, la lluvia, el granizo, el aguanieve y la nieve (INEGI, 2000).

Sedimento: Materia orgánica e inorgánica en partículas que se acumula de una manera suelta, sin consolidar (De La Lanza et al. 1999)

Suelo: Capa superficial de la corteza terrestre que posee fertilidad y vegetación. Está compuesto por varios horizontes que son consecuencia de la transformación de la roca madre por acción combinada del clima, la vegetación, los microorganismos y el relieve (De La Lanza et al. 1999). Capa superficial de la corteza terrestre que posee fertilidad y vegetación (Lugo, 2011).

Temperatura: Medida de la energía cinética promedio de las partículas de una muestra de materia. Es una forma de estimar la energía interna del sistema. Expresada en una escala normalizada en grados Centígrados (°C). La principal fuente de calor al agua (humedales) proviene por radiación solar absorbida directamente (Wetzel y Likens, 2000).

Transpiración: consiste en la pérdida de agua en forma de vapor que se produce en las plantas. A las hojas de ésta llega gran cantidad de agua absorbida por las raíces, pero sólo una pequeña parte se utiliza en la fotosíntesis. Su principal función es eliminar en forma de vapor el agua que no es utilizada por las plantas. Además, el agua transpirada permite el enfriamiento de la planta, debido al elevado calor de vaporización del agua (para evaporarse necesita consumir muchas calorías).

Vaguada: Son ondulaciones en el flujo de aire frío en la altura provenientes del Oeste en las latitudes medias y altas, las cuales en su desplazamiento de ida y vuelta hacia los trópicos en circulación en V, generan nubosidad y precipitaciones. Se reconocen por la nubosidad que se forma entre el eje de la vaguada y su parte derecha, y por las formaciones de bandas de nubes alargadas orientadas según el eje de los vientos más fuertes en la altura