1. Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ingeniera Ingeniera
Civil Gua de Estudio para las Ctedras: Ing. Esp. Rubn VILLODAS
2. TEMA 1.a: LA
HIDROLOGA..................................................................................................................................................
1-1 1.a.1. DEFINICION
.........................................................................................................................................................
1-1 1.a.2. IMPORTANICA Y AMBITO DE
APLICACIN...................................................................................................
1-2 1.a.3. OFERTA Y DISPONIBILIDAD
HDRICA............................................................................................................
1-3 1.a.4. POTENCIAL HDRICO
.........................................................................................................................................
1-4 TEMA 1.b: LA INGENIERA
HIDROLGICA.........................................................................................................................
1-4 TEMA 1.c: EL CICLO HIDROLGICO
...................................................................................................................................
1-7 1.c.1. ESTADOS, LOCALIZACIN Y MOVIMIENTOS DEL
AGUA............................................................................
1-7 1.c.2. LA ACCIN ANTRPICA
..................................................................................................................................1-10
1.c.3. CANTIDADES DE AGUA EN EL
MUNDO.......................................................................................................1-10
TEMA 1.d: DESARROLLO HISTRICO DE LA HIDROLOGA
.........................................................................................1-10
Figura 1. El Ciclo
Hidrolgico....................................................................................................................................................1-8
Figura 2. Representacin Esquemtica del Ciclo
Hidrolgico..............................................................................................1-8
3. Unidad 1 1-1 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II El agua es la sustancia mas
abundante en la tierra, el principal constituyente de todos los
seres vivos y una fuerza importante que constantemente esta
cambiando la superficie terrestre. Es tambin un factor clave en la
climatizacin de nuestro planeta para la existencia humana y en la
influencia en el progreso de la civilizacin. La hidrologa, que
cubre todas las fases del agua en la tierra (ciclo hidrolgico), es
una materia de gran importancia para el ser humano y su ambiente.
Aplicaciones prcticas de la hidrologa se encuentran en labores
tales como: X diseo y operacin de obras y/o estructuras hidrulicas
(azudes, diques, presas, embalses, desages, etc.) X diseo de obras
viales (alcantarillas, puentes, etc.) X abastecimiento de agua
potable, tratamiento y evacuacin de aguas residuales X irrigacin y
drenaje de suelos X generacin hidroelctrica X estudios de
disponibilidad hdrica y de sequas (escurrimientos nivales,
pluviales, etc.) X manejo integral de crecientes (aluvionales,
urbanas, fluviales, etc.) X navegacin X erosin y control de
sedimentos X estudios de impacto ambiental (control y disminucin de
la contaminacin hdrica, salinidad, metales pesados, uso consuntivo,
minera, etc.) X uso recreacional del agua X proteccin de la vida
terrestre y acutica X sistemas de alerta temprana de inundaciones y
catstrofes La hidrologa puede definirse como la disciplina que
trata de las propiedades, existencia, distribucin y movimiento del
agua sobre y debajo de la superficie de la tierra, sus
conocimientos se aplican al uso y control de los recursos hdricos
en los continentes del planeta Las aguas ocenicas son del dominio
de la oceanografa y de las ciencias marinas. Oscar Edward Meinzer
(1876-1948), a quien se conoce como el padre de la geohidrologa
moderna, defini a la hidrologa como la ciencia interesada en la
existencia del agua en la tierra, sus reacciones fsicas y qumicas
con el resto de sta y su relacin con la vida sobre la misma.
Englobando los conceptos anteriores, el Federal Council of Science
and Technology for Scientific Hydrology de los Estados Unidos,
expres: El agua es un recurso natural renovable, siendo el elemento
natural mas utilizado. El estudio aplicado de los recursos hdricos
se centra en la determinacin de las disponibilidades futuras de
agua (oferta de agua) que se tendrn, en una regin determinada y en
un perodo dado de tiempo (mbitos espacial y temporal), para un
aprovechamiento de beneficio social, desde los puntos de vista de
su
4. Unidad 1 1-2 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II pronstico, obtencin y
utilizacin, atendiendo a los aspectos hidrolgicos y ecolgicos
involucrados, como as tambin a los condicionantes de tipo
tcnico/ingenieril, legales y econmicos que limiten su uso. El agua
desarrolla funciones bsicas en casi todos los mbitos de la vida, ya
sea como alimento, parte constituyente de los organismos, elemento
esencial en la fotosntesis de los vegetales, medio de transporte,
vehculo de energa, regulador de la energa en el balance trmico de
la tierra y elemento modelador del paisaje. A los fines de prever
una disponibilidad estable de agua a la poblacin, industria y
actividades agropecuarias, que resulte suficiente para satisfacer
sus necesidades, por una parte, y brinde proteccin frente a los
excesos, por otra, las disciplinas que se refieren al estudio del
agua deben poder contestar, entre otras, las siguientes preguntas:
1) Cunta agua ser requerida? La pregunta fundamental de la
Planificacin respecto a la evolucin de las demandas futuras de agua
para la poblacin, industria, agricultura, ganadera, transporte,
generacin de energa, esparcimiento y otros usos, en los prximos aos
y en las prximas dcadas, es de difcil respuesta, en virtud de que a
los aspectos especficamente fsicos que gobiernan la presencia y la
circulacin del agua en la superficie terrestre, es necesario aadir
consideraciones de tipo social y ecolgico, que deben ser tenidas en
cuenta. 2) De cunta agua se dispondr? Dado que la oferta de agua
presenta una marcada variacin en el tiempo (sucesin de perodos
hmedos y secos, por una parte, y de escurrimientos altos y bajos
con extremos tambin muy variables, por otra) y en el espacio (zonas
hmedas y zonas ridas), resultan necesarios profundos y variados
anlisis de tipo hidrolgico, para cuantificar esta variabilidad de
la oferta en una regin determinada, tanto en lo concerniente a las
aguas superficiales como a las subterrneas. En tales anlisis deben
determinarse no slo los valores medios, sino tambin los extremos.
Mientras que las magnitudes de los caudales de crecida constituyen
la base para el diseo de obras de atenuacin y proteccin, los
valores medios y los parciales acumulados en largos perodos de
tiempo, se constituyen en los parmetros fundamentales para conocer
las disponibilidades de agua y estudiar su regulacin. Teniendo en
cuenta que los escurrimientos futuros de agua no pueden conocerse
con seguridad, el empleo de la Teora de Probabilidades juega un rol
muy importante en la hidrologa. 3) En qu estado se presentar el
agua? El estado natural de los recursos hdricos constituye otro
aspecto de fundamental consideracin en los estudios que hacen a su
aprovechamiento. Este estado natural se ve influenciado en gran
medida por las descargas en los cauces de desechos y residuos
producto de la actividad humana, que incorporan a las aguas tanto
sustancias orgnicas como inorgnicas, como as tambin por la carga
trmica, producto del vuelco de aguas de distinta temperatura. El
estado futuro previsible en que se encontrar el agua debe ser
evaluado tomando en consideracin las urbanizaciones (siempre
crecientes), la proyeccin de la industrializacin de la reas de
influencia y los aportes de residuos qumicos provenientes de las
labores agrcolas. 4) Cmo pueden usarse de la mejor manera los
recursos hdricos en beneficio de la sociedad? A fin de adecuar a
las demandas una oferta de agua marcadamente variable tanto en el
espacio y en el tiempo como en su estado de contaminacin y adems,
por lo general, insuficiente, y paralelamente garantizar su uso
para los diversos fines a que se la destina, resulta necesario
contar con numerosas instalaciones y obras de ingeniera que hagan
posible tal uso, complementando con las medidas operativas que
permitan un manejo eficiente de tales instalaciones.
5. Unidad 1 1-3 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Resulta importante en este
ltimo aspecto la realizacin de balances hdricos y el pronstico de
los procesos hidrolgicos. 5) Qu medida deben adoptarse para la
proteccin de los recursos hdricos? Los recursos hdricos, tanto
superficiales como subterrneos, deben ser permanente y
estrictamente vigilados a los efectos de protegerlos de su
degradacin, lo que requiere un amplio espectro de medidas de orden
jurdico, econmico, tcnico y pedaggico. 6) Quin puede utilizar el
agua? El derecho al uso del agua debe ser cuidadosamente definido y
respetado, sobre todo en aquellos mbitos en que el recurso es
escaso o en pocas de reduccin de los aportes, quedando este aspecto
a cargo de las Legislaciones de Aguas vigentes en cada regin. La
hidrologa presta una notable y decisiva contribucin en la respuesta
a las preguntas formuladas, en especial en lo atinente al estudio
de los recursos tiles disponibles, al anlisis de los procesos
hidrolgicos involucrados y a las mediciones pertinentes, con sus
correspondientes registros y evaluacin de datos. Los recursos
hdricos de una regin determinada estn constituidos por las
disponibilidades y los potenciales naturales de sus aguas
superficiales y subterrneas. Como se considera el agua dulce que,
en el rea considerada y en un intervalo de tiempo definido, aparece
en forma de agua superficial y subterrnea como componente del ciclo
hidrolgico de la atmsfera terrestre. Desde un punto de vista
cientfico cabe distinguir, en relacin con la cantidad de agua que
brinda la naturaleza en un lugar dado, entre: X Oferta potencial de
agua.... definida por la deferencia entre los valores medios
(correspondientes a largos perodos de tiempo) de la precipitacin y
la evaporacin X Oferta efectiva de agua ...... que corresponde a la
diferencia entre la oferta potencial y los volmenes de agua que
escurren rpidamente durante la crecidas (o eventualmente exceden
las capacidades y condiciones de almacenamiento de las cuencas
subterrneas). X Oferta regulada de agua..... referida al agua
disponible tras la materializacin de obras y/o la adopcin de
medidas que propendan a lograr la regulacin de los volmenes
naturalmente aportados. La posibilidad de utilizacin del agua
existente, para una finalidad determinada, resulta de
consideraciones ponderadas de tipo hidrolgico, ecolgico, tcnico y
econmico. As deben cuantificarse: X Disponibilidad
hidrolgica.....que se determina mediante anlisis estocsticos de
espacio-tiempo aplicados al ciclo hidrolgico (incluyendo las
prdidas derivadas de la utilizacin del agua), considerando la
ecuacin del balance hdrico para el mbito dado, en un lapso definido
de tiempo. En forma simplificada se la puede consignar como un
volumen total o caudal medio del que puede disponerse, con un
determinado rango de seguridad y en un intervalo de tiempo dado
(por ejemplo, caudal promedio en m3 /s, que con una probabilidad
del 80%, pueden aportar los recursos hdricos de la regin en 30
das). Cabe observar que esta cantidad vara segn la ubicacin de
dicho perodo en el ao calendario y segn el grado de probabilidad
establecido.
6. Unidad 1 1-4 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II X Disponibilidad
ecolgica........ queda determinada por la calidad del agua y por el
balance entre los efectos que para el ecosistema conlleva la
extraccin de agua que se efecta y los beneficios que se derivan de
su utilizacin. X Disponibilidad tcnica ........... resulta de los
trabajos y obras de ingeniera requeridos para la captacin,
conduccin y acondicionamiento de las aguas, en ocasiones limitados
o condicionados en cuanto a su posibilidad de construccin por
razones topogrficas, geotcnicas, de materiales de construccin
disponibles, etc. Estas situaciones pueden variar a medida que la
ingeniera va desarrollando nuevas tecnologas para superarlas. X
Disponibilidad econmica..... queda caracterizada por la relacin
existente entre las inversiones totales que deben efectuarse para
la materializacin de un aprovechamiento y los beneficios que del
mismo se esperan obtener. Del total de agua que constituye la
oferta, la cantidad utilizable no es una fraccin cuyo valor sea
invariable, sino que puede irse modificando a medida que lo hacen
los aspectos hidrolgicos, ecolgicos, econmicos y tcnicos
involucrados. As un emprendimiento que en determinado momento no
resulta factible o conveniente puede serlo varios aos despus, o
viceversa, si en su momento no se tom la decisin de ejecutarlo. Los
, por su parte, se refieren a las caractersticas propias inherentes
a la presencia del recurso, que la naturaleza ofrece como servicios
sin costo (la mayora beneficiosos, si bien en ocasiones
perjudiciales), y para cuya explotacin se hace necesario, por lo
general, la realizacin de las obra hidrulicas y de infraestructura
necesarias. A los potenciales naturales presente en los recursos
hdricos corresponden: X Potencial de autodepuracin........ que se
produce por medio de reacciones fsico-quimicas y biolgicas X
Potencial de sostn biolgico ....... por el cual las masas de agua
sirven de sustento a diversas formas de vida animal y vegetal X
Potencial ecolgico......................... de las masas de agua
como parte integrante de los ecosistemas X Potencial de transporte
................ consecuencia de las propiedades fsicas del agua
relativas a la flotacin de los cuerpos X Potencial energtico
...................... que permite la transformacin de energa
potencial en cintica y, en funcin de caudales y desniveles, la
generacin de energa elctrica X Potencial
recreativo....................... para el ser humano X Potencial de
las crecidas............... generalmente de consecuencias
perjudiciales para las reas inundables Dentro de la amplitud de los
conceptos analizados en el apartado anterior, la se refiere a todos
aquellos aspectos que ataen al diseo, dimensionado y operacin de
proyectos y obras de ingeniera destinados al uso y control del
agua. Los lmites entre la hidrologa y otras ciencias de la tierra,
tales como la meteorologa, climatologa oceanografa, geologa, etc.,
son confusos, y no tiene objeto prctico el intentar definirlos
rgidamente. De la misma forma, la distincin entre la ingeniera
hidrolgica y otras ramas de la hidrologa aplicada es igualmente
vaga, habiendo aportado muchos de estos ltimos conceptos bsicos que
ahora se hallan definitivamente incorporados a aquella. La
hidrologa es utilizada en ingeniera principalmente en relacin con
el diseo y funcionamiento de estructuras y obras hidrulicas. Su
objeto es el de dar respuesta adecuada al ingeniero cuando se
encuentra
7. Unidad 1 1-5 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II ante la problemtica de contar
con los datos bsicos que le permitan dimensionar adecuadamente
tanto las obras en su conjunto como sus diversos componentes. Las
siguientes preguntas, son preguntas tpicas que se espera deben ser
respondidas por, o con ayuda de, un hidrlogo: Qu caudales mximos
pueden esperarse en el vertedero de una presa, en un colector de
evacuacin de crecidas o en la alcantarilla de una carretera? Qu
capacidad se requiere dar a un embalse para asegurar un suministro
adecuado de agua para irrigacin y otros usos, teniendo en cuenta
las caractersticas propias del rgimen hdrico del cauce, incluyendo
sus perodos de sequas? Qu efecto producen los embalses, las
defensas de mrgenes y otras obras de atenuacin sobre las crecidas
que se originan en os ros donde las mismas se ubican? De los
conceptos anteriores se inducen las dificultades que se presentan
al pretender dar respuesta adecuada a interrogantes como los
planteados, en lo cual sern determinantes la notoria heterogeneidad
que presenta la distribucin de los recursos hdricos sobre la
superficie terrestre, por una parte, y la variabilidad de los
aportes en el tiempo que se observa en un mismo lugar, por otra. En
virtud de ello, la hidrologa debe versar sobre distintos tpicos,
los que en su forma ms amplia pueden abarcar: la recoleccin de
datos los mtodos de anlisis de los mismos Disponer de datos bsicos
adecuados es esencial en todas las ciencias y la hidrologa no
constituye una excepcin. De hecho, las caractersticas complejas de
los procesos naturales que tienen relacin con los fenmenos hdricos
hacen difcil el tratamiento de muchos de los procesos hidrolgicos
mediante un razonamiento deductivo riguroso. No siempre es posible
partir de una ley bsica y determinar, con base en la misma, el
resultado hidrolgico que se requiere. En su lugar, es necesario
partir de un conjunto de hechos observados, analizarlos, y con este
anlisis establecer las normas sistemticas que gobiernan tales
hechos. As, el hidrlogo se encuentra en una difcil posicin cuando
no cuenta con los datos histricos adecuados para el rea particular
del problema. Resulta fundamental, al respecto, conocer la forma en
que estos datos son recolectados y publicados, las limitaciones de
precisin que ellos puedan tener y los mtodos propios para su
interpretacin y ajuste. Los problemas tpicos de hidrologa implican
clculos de valores extremos que no se hallan presentes en una
muestra de datos de corta duracin, caractersticas hidrolgicas en
lugares en donde no se ha llevado a cabo recoleccin de informacin
(lugares que son mucho ms numerosos que aquellos de donde se
dispones de datos), o clculos de la accin humana sobre las
caractersticas hidrolgicas de un rea. Generalmente cada problema
hidrolgico es nico, en cuanto trata con un conjunto diferente de
condiciones fsicas dentro de una cuenca hidrogrfica especfica. Por
lo tanto, las condiciones cuantitativas de un anlisis no son
siempre transferibles a otros problemas. Sin embargo, la solucin
general de la mayora de los problemas puede desarrollarse a partir
de la aplicacin de unos pocos conceptos bsicos relativamente
tipificados. Los conocimientos de un ingeniero civil deben incluir
estos conceptos y la forma en como deben aplicarse para resolver
las fases especificas de un problema hidrolgico determinado. Merece
destacarse sobre el particular que la hidrologa constituye una rama
que difiere notoriamente de otras materias de la ingeniera. De
acuerdo a lo expuesto, los fenmenos naturales con los cuales debe
tratar la hidrologa, no se prestan a los anlisis rigurosos de la
mecnica. Por esta razn, existe una mayor variedad de mtodos, una
mayor amplitud para la aplicacin de criterios personales y una
aparente falta de precisin en la determinacin de los parmetros
requeridos.
8. Unidad 1 1-6 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II En realidad, la precisin de
las soluciones hidrolgicas no se halla tan alejada, como aparenta,
de otros tipos de clculo de la ingeniera, en los que la
incertidumbre se oculta generalmente con el uso de coeficientes de
seguridad, con procedimientos rgidamente estandarizados y con
suposiciones ms o menos aproximativas referentes a las propiedades
de los materiales, introducidas, las mas de las veces, solo en pos
de lograr soluciones que puedan ser desarrolladas con
procedimientos matemticos de resolucin relativamente sencilla y
generalizada. Resulta fundamental tener en cuenta al respecto que
toas las obras hidrulicas deben ser dimensionadas en base a una
planificacin futura, no existiendo en consecuencia para el
proyectista seguridad en cuanto a las condiciones a que quedarn
sujetas las obras. El calculista de estructuras determina las
cargas impuestas a las mismas, pero no cuenta con la seguridad de
que tales cargas no sern excedidas, por ejemplo, o puede conocerse
con certeza qu sobrecargas reales por viento o sismo podrn
ejercerse sobre la estructura durante todo el tiempo que la misma
se halle en servicio. Para tomar en consideracin estas
incertidumbres, efectuando consideraciones razonables, generalmente
contenidas en los Cdigos respectivos vigentes en las zonas en
cuestin, utilizando coeficientes de seguridad adecuados. El
ingeniero hidrulico, por el contrario, est mucho menos seguro de
los escurrimientos que afectarn a su obra. Las incertidumbres
hidrolgicas no son de manera alguna las nicas que presenta el diseo
hidrulico, porque las demandas futuras de agua, los beneficios y
los costos, son tambin todos inciertos en determinado grado. Si
embargo, un error serio en las estimaciones de los parmetros
hidrolgicos previstos o esperados, puede tener efectos devastadores
sobre la economa del proyecto en su totalidad, o lo que es an peor
por sus consecuencias, sobre la estabilidad misma de las obras que
lo componen. Dado que la secuencia exacta de los escurrimientos
fluviales para los aos futuros no puede predecirse, la ingeniera
hidrolgica debe plantear, y dar alguna respuesta, acerca de las
variaciones probables de dichos escurrimientos y sus valores
extremos, de modo tal que el diseo y del dimensionado de las obras,
y sus partes componentes, pueda efectuarse basndose en un riesgo
calculado. El anlisis de los mtodos para estimar la probabilidad de
los eventos hidrolgicos, y la utilizacin de estas probabilidades en
los clculos hidrulicos, constituye la finalidad primordial de la
ingeniera hidrolgica. A los fines de una mejor compresin de su
importancia dentro de la ingeniera de las obras hidrulicas, un
listado tentativo de los datos y estudios ms usuales que, para el
correcto diseo de aquellas, debe aportar la ingeniera hidrolgica en
particular y la hidrologa en general, puede incluir, referido a las
aguas superficiales, algunos de las siguientes: Estudio de los
aportes naturales del cauce hdrico considerado, tanto en lo que
hace a valores medios y extremos, como a su distribucin temporal.
Volumen total de agua aportada por una fuente (ro, arroyo, etc.) en
un perodo determinado de tiempo, a los efectos de compararlas con
las demandas que presenta el aprovechamiento analizado. Caudal pico
de la crecida mxima probable, para diversos tiempos de recurrencia,
que puede producirse en el cauce principal considerado, atendiendo
segn corresponda, a sus posibles orgenes (nival, pluvial, etc.)
Para toda la duracin de la avenida, la distribucin de los caudales
en funcin del tiempo y el volumen total de agua aportada por la
misma. Intervalo de repeticin de las crecidas. Avance de las
crecidas por los cauces principales. Caractersticas e intervalo de
repeticin de las sequas.
9. Unidad 1 1-7 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Estudio de la capacidades, ms
convenientes, que deben tener los embalses y las obras de
conduccin, adecuados tanto a las disponibilidades del recurso como
a los insumos previstos, dentro de rangos econmicamente factibles.
Estudio de las caractersticas de los fenmenos de erosin,
sedimentacin e infiltracin. Calidad de las aguas en general, y su
salinidad, en particular. Delimitacin de lnea de ribera y
localizacin de zonas inundables. Estudio del riesgo hdrico de
mrgenes y ordenamiento territorial asociado. Rotura de presas.
Apoyo al estudio de los aspectos ecolgicos y econmicos
involucrados. Medicin y seguimiento de procesos de fusin nival y de
glaciares. En muchos casos los estudios inherentes a un proyecto
deben incluir los del agua subterrnea, que en obras aisladas pueden
limitarse a determinar el efecto de aquella en los mtodos
constructivos y disposiciones de proyecto a adoptar, mientras que
en estudios integrales, corresponde que sean llevados a cabo con
amplitud, dada la interrelacin y complementacin que debe existir
entre las aguas superficiales y profundas, para la atencin ms
racional y econmica de las demandas de agua con fines de riego o de
abastecimientos diversos (agua potable, industriales, etc.). En
estos casos los estudios debern abarcar, total o parcialmente:
Estudio integral de las cuencas subterrneas. Calidad de las aguas.
Estimacin del volumen de agua subterrnea disponible en condiciones
normales de explotacin. Caractersticas del escurrimiento
subterrneo. Cantidad, ubicacin y caractersticas de los acuferos
explotables, efectuando, de corresponder, la zonificacin necesaria.
Alimentacin y recarga de acuferos. Relaciones entre las aguas
superficiales y subterrneas. Relevamiento de las perforaciones
existentes en el rea bajo estudio. Para cada perforacin, de ser
posible, deben recopilarse los siguientes datos: identificacin,
nombre del propietario, ao de construccin, dimetro (o dimetros),
tipo de bomba instalada, tipo de motor, potencia instalada, caudal
obtenido y croquis de ubicacin, que permita luego volcar en un mapa
regional la totalidad de las perforaciones detectadas. Las Figura
1y Figura 2 presentan una simplificacin de los procesos del sistema
hidrolgico general. En la tierra, el agua existe en un espacio
llamado Hidrosfera, que se extiende aproximadamente comprendiendo
la franja de los 15.000 metros inferiores de la atmsfera y los
1.000 metros superiores de la litosfera o corteza terrestre. En tal
mbito, aquella se encuentra en los tres estados fsicos: slido,
lquido y gaseoso. El segundo estado es el que presenta mayor inters
para la hidrologa, ya que en esa forma est en la lluvia, en los ros
y lagos, en las aguas subterrneas de la zona saturada y buena parte
de la zona no saturada, etc. De hecho, tanto en el lenguaje
corriente como en el cientfico, la palabra agua, si no se indica
otra cosa, se refiere al agua en estado lquido. En el estado slido
se presenta el agua en la naturaleza en forma de nieve, hielo y
granizo. Por ltimo, el vapor de agua es bastante abundante en las
capas bajas de la atmsfera y en las capas ms superficiales de la
corteza terrestre. El agua circula en la hidrosfera a travs de un
laberinto de caminos, que conforman el , el que constituye el foco
central de la hidrologa. Este ciclo no tiene principio ni fin, y
sus diversos procesos ocurren
10. Unidad 1 1-8 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II en forma continua. El concepto
de ciclo hidrolgico lleva implcita el movimiento o transferencia de
las masas de agua referidas en el apartado anterior, de un sitio a
otro y de un estado a otro. El movimiento permanente del ciclo se
debe fundamentalmente a dos causas: la primera, el sol, que
proporciona la energa para elevar el agua del suelo, al evaporarla;
la segunda, la gravedad, que hace que el agua condensada precipite
y que una vez sobre la superficie, o bajo ella, discurra hacia las
zonas bajas.
11. Unidad 1 1-9 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Se puede suponer que el ciclo
se inicia cuando una parte del vapor de agua de la atmsfera
(proveniente a su vez de la evaporacin desde los ocanos y la
superficie terrestre), se condensa y da origen a que inciden
nuevamente sobre tales superficies. No toda la precipitacin alcanza
la superficie del terreno, ya que una parte se vuelve a evaporar
durante su cada y otra es retenida ( ) por la vegetacin o por las
superficies de edificios, carreteras, etc., y devuelta a la
atmsfera al poco tiempo, en forma de vapor. Del agua que alcanza la
superficie del suelo, una parte queda retenida en charcas o en las
irregularidades del terreno ( ), y en buena parte retorna pronto a
la atmsfera en forma de vapor. Otra parte circula sobre la
superficie y se concentra en pequeos surcos, que luego se renen en
arroyos y ms tarde desembocan en los ros ( ), agua que luego se
dirigir a lagos o al mar, de donde ser evaporada o bien se
infiltrar en el terreno. Por ltimo existe una tercera fraccin de la
precipitacin que penetra bajo la superficie del terreno ( ) a travs
de los agujeros o canalculos del suelo y va rellenando los poros o
fisuras de este medio poroso. Una buena parte del agua infiltrada
no desciende hasta la zona saturada del subsuelo o de , sino que es
retenida en la zona no saturada o del suelo, de donde retorna a la
atmsfera por o por la de las plantas. En la prctica no es fcil
separar ambos fenmenos, por lo que se los suele considerar en forma
conjunta, con el trmino de . El movimiento del agua a travs del
terreno se caracteriza por su extraordinaria lentitud y se debe
fundamentalmente a la accin gravitatoria. En el movimiento del agua
en la zona no saturada, otras fuerzas (especialmente la tensin
superficial) pueden jugar un papel muy importante. En tales
condiciones el agua puede discurrir a travs del suelo en direccin
sensiblemente horizontal o paralela a la superficie como y
descargar en los ros agregndose a la escorrenta superficial. Otra
parte del agua infiltrada puede profundamente para recargar el agua
subterrnea, la que a su vez puede volver a la atmsfera por
evapotranspiracin, cuando el ancho de la zona no saturada ( ) es
relativamente pequea y aquella quede suficientemente prxima a la
superficie del terreno. Otras veces, el agua subterrnea pasa a
engrosar el caudal de los ros, alimentando directamente su cauce o
a travs de manantiales: en las zonas costeras estos manantiales, a
veces, son submarinos. Si la precipitacin cae en forma de nieve,
quedar acumulada en estado slido sobre el terreno, hasta que reciba
suficiente calor para su fusin, por lo que, a los efectos
hidrolgicos, la precipitacin en forma de nieve equivaldra a otra de
lluvia que hubiese cado al tiempo de la fusin, descontando la
cantidad de nieve que se evapora directamente. Excepto en reas de
escurrimiento endorreicas o interiores de las zonas ridas o
semiridas, resulta que la mayor parte de las aguas de la escorrenta
directa y de la subterrnea terminan en el mar, pudiendo
considerarse por ello, que los ocanos constituyen el punto final
del ciclo hidrolgico, pues de ellos vuelve a evaporarse el agua,
para iniciar de nuevo todo el proceso. El ciclo hidrolgico es un
proceso continuo en el que, en su concepcin ms general, una
partcula de agua evaporada del ocano vuelve al mismo despus de
pasar por las etapas de precipitacin y escorrenta superficial o
subterrnea. Sin embargo, a lo largo del ciclo puede haber mltiples
cortocircuitos o ciclos menores; por ejemplo, una gota de lluvia
cada sobre el continente podra recorrer indefinidamente el ciclo:
lluvia-infiltracin-evaporacin-lluvia-infiltracin, etc.; o, en forma
anloga, una partcula de lluvia sobre el mar:
lluvia-evaporacin-lluvia-evaporacin, etc. Tambin hay que tener muy
en cuenta que el movimiento del agua en el ciclo hidrolgico se
caracteriza por su irregularidad, tanto en el espacio como en el
tiempo. Por ejemplo, en las regiones desrticas, la lluvia puede
ocurrir en unos pocos das y no todos los aos, sino slo cada cierto
nmero de ellos; en este caso, algunos elementos del ciclo
hidrolgico, como la infiltracin y la evaporacin, suelen ser casi
tan irregulares como la lluvia, y la escorrenta superficial o
subterrnea son a veces, prcticamente inexistentes. Anlogamente,
tampoco se registra una correspondencia entre las regiones donde se
produce la evaporacin del agua y aquellas sobre las que luego
incide la precipitacin, como consecuencia del transporte del vapor
de agua por las masas mviles de aire.
12. Unidad 1 1-10 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Concretando lo anterior, debe
tenerse muy presente que aunque el concepto de ciclo hidrolgico es
simple, el fenmeno es sumamente complejo e intrincado. Aqul no es
slo grande, sino que est compuesto de muchos ciclos
interrelacionados de extensin continental, regional y local. Aunque
el volumen total de agua en el ciclo hidrolgico global permanece
sensiblemente constante, la distribucin de esta agua est cambiando
en forma continua en continentes, regiones y cuencas locales de
drenaje. La hidrologa de una regin est determinada en forma
fundamental por sus patrones de clima, tales como relieve,
condiciones de la superficie y vegetacin. Tambin, a medida que la
civilizacin progresa, las actividades humanas invaden gradualmente
el medio ambiente natural del agua, alterando el equilibrio dinmico
del ciclo hidrolgico e iniciando nuevos procesos y eventos. Por
ejemplo, hay teoras que afirman que debido a la quema de
combustibles fsiles, la cantidad de dixido de carbono en la
atmsfera se est incrementando, lo que puede llevar al calentamiento
de la tierra y tener efectos de largo alcance sobre la hidrologa
global. A nivel local, la accin del hombre va introduciendo cambios
progresivamente importantes en el ciclo hidrolgico de algunas
regiones. Por ejemplo, los drenajes extensivos han hecho descender
el nivel de la zona saturada y, paralelamente, se ha reducido la
evapotranspiracin y ha aumentado la aportacin de la escorrenta
subterrnea a los ros; la construccin de presas y canales de
derivacin modifica los regmenes naturales de escurrimiento de los
ros; la deforestacin o la repoblacin forestal pueden tambin
modificar el rgimen de crecidas de los ros, pero no parece haber
datos que permitan asegurar una modificacin sustancial en su
aportacin media anual. El clculo de la cantidad total de agua en la
tierra y en las diversas fases del ciclo hidrolgico ha sido tema de
investigacin cientfica desde la segunda mitad del siglo XIX. Sin
embargo, la informacin cuantitativa es escasa, particularmente en
los ocanos, debido a lo cual las cantidades de agua presentes en
varios componentes del ciclo hidrolgico global no pueden asegurarse
con precisin. En valores aproximados se considera que el volumen
total de agua en nuestro planeta es de 1.386.000.000 km3 , de los
cuales el 96.5% se encuentra en los ocanos, el 1.7% en los hielos
polares, otro 1.7% como agua subterrneas y solamente el 0.1%
restante compone los sistemas de agua superficial y atmosfrica.
Esta ltima, que constituye la fuerza motriz de la hidrologa del
agua superficial, tiene slo 12.900 km3 , es decir, menos del 0.001%
de toda el agua de la tierra. De la cantidad total de agua indicada
en el prrafo anterior, el 97.5% corresponde a aguas saladas y el
2.5% restante (unos 35.000.000 km3 ) a aguas dulces, de los cuales
slo el 0.006% est en los ros (2.120 km3 ), mientras que el agua
biolgica, fijada en los tejidos de plantas y animales, representa
el 0.003%, equivalente a la mitad del anterior. A pesar de que el
contenido comparativo de agua en los sistemas superficial y
atmosfrico es tan pequeo, inmensas cantidades de agua pasan
anualmente a travs de ellos. La precipitacin media anual que incide
fuera de la ocanos (o sea sobre superficie terrestre) se estima en
119.00 km3 /ao, equivalente a 800 mm/ao, de los cuales el 61%
(72.000 km3 /ao 484 mm/ao) se consumen por evaporacin, mientras que
el 39% restante conforma la escorrenta hacia los ocanos,
principalmente como agua superficial. La ciencia de la hidrologa, y
su evolucin, se halla ntimamente relacionada con el concepto de
ciclo hidrolgico. En una forma muy general, el desarrollo histrico
de la hidrologa puede ser estudiado a travs de una serie de
perodos. Dado que en varios casos tales perodos se solapan, los aos
que los limitan no deben ser tomados en forma estricta. 1) El
perodo de la especulacin (antigedad 1400)
13. Unidad 1 1-11 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Cuando el hombre comenz a
distinguir los diversos elementos que constituan su entorno natural
y sus caractersticas, descubri ya en remotas pocas, no slo la vital
importancia del agua y su utilizacin sino tambin las graves
consecuencias de sus faltas y de sus excesos. Se ha descubierto as
que ya 5.000 aos atrs existieron culturas que desarrollaron
importantes obras hidrulicas, a lo largo de los grandes ros del
Asia Menor y del Nilo Inferior. Estas construcciones tenan por
objeto irrigacin y drenaje, proteccin frente a crecidas y
abastecimiento de agua, y de su concepcin se desprende que quienes
las disearon deben haber conocido ya sencillos principios
hidrolgicos. Sin embargo, las primeras mediciones hidrolgicas no
fueron llevadas a cabo con fines de aplicacin. El dispositivo que
hace 4.000 aos meda los niveles del ro Nilo slo era accesible a los
sacerdotes, los que, de acuerdo a los valores observados, fijaban
el monto de los impuestos. En registros escritos que datan del ao
400 a.C., relativos a temas de poltica y administracin, se cita que
las mediciones de precipitacin eran tomadas como base para la
fijacin del impuesto a las tierras. Las civilizaciones asiticas
antiguas desarrollaron una lnea de pensamiento independiente. Los
chinos registraron observaciones de lluvias, nevisca, nieve y
viento en el orculo de huesos de Anyang hacia el ao 1.200 a.C.
Probablemente usaron pluvimetros alrededor del ao 1.000 a.C. y
establecieron una medicin sistemtica de lluvias alrededor del ao
200 a.C. En la India, las primeras mediciones cuantitativas de
lluvia datan de la segunda parte del siglo IV a.C. El concepto de
ciclo hidrolgico dinmico pudo haber surgido en China hacia el ao
900 a.C., en la India hacia el ao 400 a.C. y en Persia alrededor
del siglo X, pero estas ideas tuvieron muy poco impacto sobre el
pensamiento occidental. Basados en los conocimientos empricos de
las antiguas culturas del Asia Menor y de los egipcios, los
filsofos griegos desarrollaron diversas hiptesis del ciclo
hidrolgico, que se hallaban sensiblemente influenciadas por dos
fenmenos caractersticos de la regin por ellos conocida: el caso del
ro Nilo y las zonas karsticas de Grecia, con sus oquedades y aguas
subterrneas. Los egipcios no podan imaginar, dada la escasez de
precipitaciones en su propio territorio, que en algn lugar stas
pudiesen ser suficientes para alimentar los grandes caudales del
Nilo. Surgieron as tres hiptesis relativas al camino por medio del
cual el agua reornaba al mar a travs de ros y arroyos: a) La
hiptesis del ascenso del agua en el interior de la tierra firme. De
acuerdo a esta teora de Mileto (-639 a -545) y Platn (-428 a -347),
el agua (origen de todas las cosas) se infiltraba desde el mar
hacia la tierra, donde percolaba hacia el interior y ascenda,
aflorando en las nacientes de ros y arroyos, depurndose en aqul
trayecto de las sales que contena. b) La hiptesis meteorolgica
(Ciclo atmosfrico). Esta teora reconoce y describe correctamente
diversos elementos del ciclo hidrolgico. Segn Anaximandro de Mileto
(-610 a -547), la lluvia proviene de la humedad, que el sol le quit
a la tierra. Xenfanes estableci alrededor de 500 a.C., que la
evaporacin del agua del mar constitua la fuente principal de la
humedad atmosfrica y que los ros eran alimentados por las lluvias.
Anaxgoras de Clazomene (-500 a -428) ide una versin primitiva del
ciclo hidrolgico. Crea que el sol evaporaba el agua del mar hacia
la atmsfera, desde donde caa como lluvia, y formaba las reservas
subterrneas, las cuales alimentaban los caudales de los ros. Un
avance en relacin con esta teora fue hecho por otro filsofo griego,
Teofrasto (-372 a - 287), quien describi en forma correcta el ciclo
hidrolgico en la atmsfera. Dio una explicacin lgica de la formacin
de la precipitacin por medio de la condensacin y del congelamiento.
c) La hiptesis de la transformacin del aire en agua en el interior
de la corteza terrestre. Fue formulada como una tercera hiptesis
por Aristteles (-384 a - 322) en su obra Meteorologica, segn la
cual en la tierra se va formando agua
14. Unidad 1 1-12 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II en forma permanente por
enfriamiento del aire atmosfrico que penetra en los poros y grietas
de la capa superficial. Despus de estudiar los trabajos de
Teofrasto, el arquitecto e ingeniero romano Marco Vitruvio, quien
vivi en la poca de Cristo, concibi la teora que se acepta hoy en
da, extendi la explicacin de Teofrasto al afirmar que el agua
subterrnea se deriva principalmente de la lluvia y la nieve
infiltradas a travs de la superficie del suelo. Esta puede
considerarse como la precursora de la versin moderna del ciclo
hidrolgico. A pesar de ello, la hiptesis de Aristteles fue
considerada durante varios siglos como la mas veraz, y las
correctas apreciaciones de Marco Vitruvio pasaron desapercibidas.
2) El perodo de observacin (1400 a 1600) Cuando despus de la Edad
Media renacieron las ciencias, se produjo un cambio gradual desde
los conceptos puramente filosficos de hidrologa hacia la ciencia
observacional. Leonardo da Vinci (1452 a 1519) efectu los primeros
estudios sistemticos de la distribucin de velocidad en los ros,
utilizando una vara lastrada que se mantena a flote por medio de
una vejiga animal lastrada. Las 8.000 pginas de notas de Leonardo
que se conservan contienen ms referencias relacionadas con la
hidrulica que con cualquier otra materia. El cientfico francs
Bernard Palisay (1509 a 1589) demostr, aplicando los conceptos de
la gravedad y de la condensacin, que los ros y manantiales se
originan de la lluvia, refutando las antiguas teoras que sostenan
que las corrientes eran alimentadas directamente por percolacin de
aguas de mar o por transformacin de aire en el subsuelo. 3) El
perodo de la medicin (1600 a 1700) Puede considerarse que la
ciencia de la hidrologa, en su versin moderna, comenz en el siglo
XVII con las mediciones de los fenmenos involucrados. As por
ejemplo, el naturalista francs Pierre Perrault (1608 a 1680)
estableci para una subcuenca del ro Sena el balance hdrico de un ao
medio, segn el cual: precipitacin = escorrenta + prdidas, llegando
a la conclusin que las precipitaciones eran suficientes para
alimentar los ros. El fsico Edm Mariotte (1620 a 1684) verific los
clculos de Perrault mediante mediciones de precipitaciones y
caudales en el mismo ro. El problema an indefinido de las prdidas
fue resuelto por el astrnomo Edmond Halley (1656 a 1742), quien
estim experimentalmente valores para la evaporacin desde
superficies de agua, las que aplic para calcular el balance hdrico
del Mar Mediterrneo, lo que lo permiti demostrar que el agua
evaporada era ms que suficiente para asegurar los caudales de los
ros mediante precipitaciones. 4) El perodo de la experimentacin
(1700 a 1800) Durante el siglo XVIII los estudios de hidrulica
experimental y su aplicacin a los fenmenos hidrolgicos, se
tradujeron en un florecimiento de la hidrologa, dando como
resultado nuevos descubrimientos y una mejor comprensin de los
principios hidrulicos. Notables ejemplos en tal sentido los
constituyen el piezmetro de Bernoull, el tubo de Pitot, el molinete
de Woltman, los modelos en escala de Smeaton, el tubo de Borda, el
principio de DAlembert, el teorema de Bernoull y la frmula de Chzy;
desarrollndose en general mejores instrumentos, entre ellos el
pluvigrafo de cubeta basculante. Todos estos avances aceleraron
grandemente el comienzo de los estudios hidrolgicos realizados
sobre una base cuantitativa. 5) El perodo de la modernizacin (1800
a 1900) El siglo XIX fue en muchos aspectos la gran era de la
hidrologa experimental que haba comenzado con el precedente perodo
de la experimentacin, y se fue modernizando en forma tal que en
esta poca se cimentaron la mayora de los principios de la hidrologa
moderna, Si bien el signo de la modernizacin puede observarse en
numerosas contribuciones a la hidrologa moderna, la mayora de ellas
lo fueron en el campo del agua subterrnea y de la medicin de las
aguas superficiales. En el primero de los mbitos mencionados, los
conocimientos de la geologa fueron aplicados por primera vez a
problemas hidrolgicos por William Smith, en Inglaterra. Se efectu
adems la formulacin de numerosas expresiones, tales como la ecuacin
de Hagen-Poiseuille para el flujo capilar (1839); la ley de Darcy
relativa al flujo en medios porosos (1856); la frmula de bombeo de
pozos de
15. Unidad 1 1-13 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II Dupuit-Thiem (1863, 1906),
mientras que en 1889 se presentaba el principio del balance de las
aguas salinas. En el campo de las aguas superficiales, la
hidrometra experimentaba un notorio avance, incluyendo la
formulacin de numerosas expresiones para determinar el flujo en
canales, el desarrollo de diversos dispositivos de medicin y el
comienzo del aforo sistemtico en cauces importantes. El mtodo
racional para calcular las crecidas mximas fue propuesto por Thomas
Mulvaney en 1850, Ganguillet y Kutter determinaron el coeficiente
de Chzy en 1869 y Manning propuso su ecuacin para el flujo en
canales abiertos (1891). En noviembre de 1867 se organiza la
primera medicin internacional de los caudales de un ro, en el Rhin.
En otros aspectos, en 1802, John Dalton (1766 a 1844) fue el
primero en reconocer la relacin entre la evaporacin y la tensin del
vapor; y Rippl present su diagrama para determinar los
requerimientos de almacenamiento (1883). Asimismo se introducen por
primera vez importantes estudios hidrolgicos en el proyecto de
grandes obras hidrulicas. 6) El perodo del empirismo (1900 a 1930)
Sin embargo, la hidrologa cuantitativa todava no estaba consolidada
a principios del siglo XX. Al no conocerse suficientemente las
bases fsicas de la mayora de las determinaciones hidrolgicas
cuantitativas ni haberse desarrollado an suficientemente los
programas de investigacin, los hidrlogos e ingeniero deba recurrir
a bases empricas para poder resolver sus problemas prcticos. As,
durante la ltima parte del siglo XIX como todava aproximadamente en
los primeros 30 aos del XX, el empirismo en hidrologa se torn ms
evidente, siendo propuestas por ejemplo, cientos de frmulas de ese
tipo para la solucin de diversos problemas, resultando la seleccin
de los valores de los coeficientes y parmetros intervinientes en
las mismas (por lo general de un amplio rango de variabilidad) una
cuestin de criterio personal. En la mayora de los casos se llegaba,
con estos mtodos, a la obtencin de resultados totalmente
diferentes, segn la frmula y los coeficientes que se aplicaran,
aunque hubiesen sido propuestas para idntico fin. Como consecuencia
de lo expuesto se observ al poco tiempo que las aproximaciones
empricas a la solucin de problemas hidrolgicos prcticos resultaba
altamente insatisfactoria, se puso mayor nfasis en la investigacin
hidrolgica y en el anlisis racional de la informacin observada. As,
como primeros pasos, Green y Ampt (1911) desarrollaron un modelo
fsico para la infiltracin y Hazen (1914) introdujo el anlisis de
frecuencia para el clculo de crecidas mximas y los requerimientos
de almacenamiento de agua. Paralelamente se fueron creando diversas
agencias estatales en diversos pases dedicadas parcial o
especficamente a la hidrologa, y a nivel internacional se comenz,
como un aspecto fundamental para el desarrollo de la hidrologa y el
conocimiento e inventario pleno de los recursos hdricos, con un
trabajo integrado. El mismo tiene sus orgenes con la creacin en
1922 de la International Association of Scientific Hydrology (IASH)
y sus comisiones de aguas superficiales, aguas subterrneas, erosin
continental, nieve y hielo, calidad del agua y sistemas de recursos
hdricos. De cuestiones hidrolgicas se ocupan asimismo (si bien
fueron creadas con posterioridad), la Asociacin Internacional para
la Investigacin Hidrolgica (IAHR), la Asociacin Internacional de
Hidrogelogos (IAH) y la Comisin Internacional de Irrigacin y
Drenaje (ICID). 7) El perodo de la racionalizacin (1930 a 1950)
Durante este perodo aparecieron muchos grandes hidrlogos que
emplearon anlisis racionales en lugar del empirismo, para la
resolucin de los problemas hidrolgicos. As en 1931, Richards
determin la ecuacin que gobierna el flujo no saturado, en 1932
Sherman efecta un avance fundamental en hidrologa con la
introduccin del uso del mtodo del hidrograma unitario para
transformar la precipitacin efectiva en escorrenta directa; en 1933
Horton desarroll la mejor aproximacin lograda hasta la fecha para
determinar los excedentes de precipitacin en base a la teora de
infiltracin y luego, en 1945 define una serie de relaciones que
permiten una descripcin de la forma de una cuencas de drenaje. Por
otra parte, en 1941 Gumbel propuso el uso de una ley de distribucin
de valores extremos
16. Unidad 1 1-14 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I / Hidrologa II para anlisis de frecuencias de
datos hidrolgicos, con lo que, conjuntamente con otros autores,
revitaliz el uso de las estadstica en hidrologa, que tiempo atrs
haba sido propuesto por Hazen. En 1944, Bernard jerarquiza el rol
de la Meteorologa, marcando as el comienzo de la ciencia de la
hidrometeorologa. Finalmente, en 1950 Einstein desarrolla la funcin
que introduce el anlisis terico del transporte y sedimentacin del
material de arrastre de los ros y Hurst (1951) demostr que las
observaciones hidrolgicas pueden exhibir secuencias para valores
bajos o altos, que persisten a lo largo de muchos aos. 8) El perodo
de la teorizacin (1950 a la fecha) Desde alrededor de 1950, las
aproximaciones tericas han sido extensamente empleadas en la
resolucin de los problemas hidrolgicos, como consecuencia de que
muchos de los principios racionales propuestos pueden ser ahora
formulados y resueltos mediante el anlisis matemtico. El
vertiginoso avance da la computacin ha sido aplicado tambin al
planteo de delicados fenmenos de hidrologa y a la resolucin de las
complicadas ecuaciones matemticas resultantes de la aplicacin de
las modernas teoras hidrolgicas. Independientemente de ello, el
desprendimiento de la moderna mecnica de los fluidos de la
hidrulica tradicional, ha ayudado tambin en gran medida a promover
el desarrollo de la hidrologa terica. Ejemplos de estudios de
hidrologa terica los constituyen los anlisis lineales y no lineales
de sistemas hidrolgicos, la aplicacin de conceptos estadsticos en
la hidrodinmica de las aguas subterrneas, la aplicacin de las
teoras de transferencia de calor y de masas en los anlisis de
evaporacin, estudios relativos a la energa y dinmica de la humedad
del suelo, la generacin secuencial de datos hidrolgicos y el uso de
la investigacin operativa en el diseo de sistemas de
aprovechamiento de los recursos hdricos. En la actualidad, el
trabajo conjunto ente los distintos pases en el campo de la
hidrologa es dirigido fundamentalmente por la UNESCO y la
Organizacin Meteorolgica Mundial (WMO). El Decenio Hidrolgico
Internacional (IHD), de 1965 a 1974 y su continuacin a largo
alcance en el Programa Hidrolgico Internacional (IHP), brind y
brinda un valioso aporte para la formulacin de trabajos integrados
en el mbito de la investigacin hidrolgica y la formacin y
capacitacin de personal, con la meta de llevar a todos los pases a
la situacin de conocer ms cabalmente sus recursos hdricos,
protegerlos y usarlos mas racionalmente.
17. Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ingeniera
Ingeniera Civil Gua de Estudio para las Ctedras: Ing. Esp. Rubn
VILLODAS
18. TEMA 2.a:
CLIMATOLOGA...................................................................................................................................................
2-1 2.a.1. DEFINICIONES DE
CLIMA.................................................................................................................................
2-1 2.a.2. FACTORES Y ELEMENTOS
................................................................................................................................
2-1 2.a.2.i. Factores
..........................................................................................................................................................
2-2 2.a.2.ii.
Elementos.......................................................................................................................................................
2-2 2.a.3.
SERIES..................................................................................................................................................................
2-2 2.a.4.
CLASIFICACIN...................................................................................................................................................
2-2 2.a.4.i.
Macroclimatologa.........................................................................................................................................
2-3 2.a.4.ii.
Microclimatologa..........................................................................................................................................
2-6 TEMA 2.b: METEOROLOGA
.................................................................................................................................................
2-7 2.b.1. DEFINICIN
.........................................................................................................................................................
2-8 2.b.1.i. El Tiempo
Atmosfrico.................................................................................................................................
2-8 2.b.1.ii. El Ciclo Hidrolgico y los Elementos del
Tiempo......................................................................................
2-8 2.b.2. LA
ATMSFERA..................................................................................................................................................
2-9 2.b.2.i.
Zonificacin....................................................................................................................................................
2-9 2.b.2.ii.
Composicin.................................................................................................................................................2-11
2.b.2.iii. Atmsfera
Standard...................................................................................................................................2-11
TEMA 2.c: LA RADIACIN
SOLAR.....................................................................................................................................2-12
2.c.1.
GENERALIDADES..............................................................................................................................................2-12
2.c.1.i. La Constante
Solar......................................................................................................................................2-12
2.c.1.ii. Reflexin y
Absorcin..................................................................................................................................2-12
2.c.1.iii.
Emisin.........................................................................................................................................................2-13
2.c.1.iv.
Dispersin.....................................................................................................................................................2-14
2.c.2. LA RADIACIN NETA EN LA SUPERFICIE
TERRESTRE.............................................................................2-14
2.c.3. UNIDADES
.........................................................................................................................................................2-14
2.c.4.
MEDICIN..........................................................................................................................................................2-15
TEMA 2.d:
CALOR.................................................................................................................................................................2-15
TEMA 2.e:
TEMPERATURA.................................................................................................................................................2-16
2.e.1. DISTRIBUCIN
GEOGRFICA.........................................................................................................................2-16
2.e.2. VARIACIONES
PERIDICAS............................................................................................................................2-16
2.e.3.
MEDICIN..........................................................................................................................................................2-17
2.e.3.i. Termmetros
...............................................................................................................................................2-17
2.e.3.ii.
Termgrafos.................................................................................................................................................2-17
2.e.4. PRESENTACIN DE DATOS
TRMICOS.......................................................................................................2-17
2.e.4.i. Temperaturas Medias y
Normales............................................................................................................2-18
2.e.4.ii.
Grado-da......................................................................................................................................................2-18
2.e.4.iii. La Temperatura Bajo la Superficie
Terrestre..........................................................................................2-18
2.e.4.iv. Capa Invariable
............................................................................................................................................2-19
2.e.4.v. Grado Trmico
.............................................................................................................................................2-19
2.e.4.vi. Amplitud
Diurna..........................................................................................................................................2-19
TEMA 2.f: LA PRESIN
ATMOSFRICA...........................................................................................................................2-19
2.f.1.
CONCEPTO.........................................................................................................................................................2-19
2.f.2. UNIDADES
.........................................................................................................................................................2-19
2.f.3.
VARIACIONES....................................................................................................................................................2-20
2.f.3.i. Variaciones Peridicas
................................................................................................................................2-20
2.f.3.ii. Variaciones Locales
.....................................................................................................................................2-21
19. 2.f.3.iii. Variaciones
Irregulares...............................................................................................................................
2-21 2.f.4. MEDICIN
.........................................................................................................................................................
2-21 2.f.4.i.
Barmetros..................................................................................................................................................
2-21 2.f.4.ii. Bargrafos
...................................................................................................................................................
2-23 2.f.5. MAPAS ISOBRICOS
......................................................................................................................................
2-23 TEMA 2.g: EJERCICIOS RESUELTOS
...............................................................................................................................
2-23 2.g.1. NDICES
CLIMATICOS.....................................................................................................................................
2-23 2.g.2. CICLO DIARIO DE
TEMPERATURAS.............................................................................................................
2-24 2.g.3. CICLO ANUAL DE
TEMPERATURAS.............................................................................................................
2-24 Figura 3. Balance de Radiacin en la Superficie de un
Cuerpo........................................................................................2-13
Figura 4. Ley de Variacin: Presin Atmosfrica vs
Altura...............................................................................................2-21
Figura 5. Barmetro de Mercurio y Bargrafo Aneroide
..................................................................................................2-22
Figura 6. Termograma
Diario................................................................................................................................................2-25
Figura 7. Termograma
Anual................................................................................................................................................2-25
Cuadro 1: Clasificacin Macroclimtica de
Martone..............................................................................................................2-4
Cuadro 2: Clasificacin Macroclimtica de
Thornthwaite.....................................................................................................2-5
Cuadro 3: Clasificacin de Aridez de
Knoche...........................................................................................................................2-5
Cuadro 4: Clasificacin Macroclimtica de Gasparn
.............................................................................................................2-6
Cuadro 5: Clasificacin Macroclimtica de
Blair.....................................................................................................................2-6
Cuadro 6: Est. Met. Aeropuerto Mendoza Serie Horaria - Enero
2008......................................................................
2-26
20. Unidad 2 2-1 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II Clima es una palabra griega
(klima) que, etimolgicamente, significa inclinacin, aludiendo
indudablemente a la inclinacin del eje de la Tierra sobre el plano
de la elptica que sigue el planeta alrededor del sol. Histricamente
es curioso sealar, como paralelamente al descubrimiento de esta
inclinacin del eje de la Tierra, aparecieron las primeras
clasificaciones climatolgicas. La ms antigua de las que se tiene
referencia fue establecida por Ptolomeo, quien diferenciaba 24
zonas climticas en al Tierra. El criterio para separar unas de
otros se fundaba en el sucesivo incremento de la duracin del da. Ya
en tiempos modernos, se publican diversas clasificaciones,
establecidas por los gegrafos, de manera que puede decirse que la
Climatologa ha entrado en el capo de la Ciencia de la mano de la
Geografa, tanto es as que los primeros estudios climatolgicos se
diferenciaban muy poco de los geogrficos. Las primeras definiciones
de clima se refirieron casi todas al estado medio de la atmsfera.
Hann define el clima como Para Monn el clima es un . En las
definiciones ms recientes, es dable observar como los criterios
puramente geogrficos se van dejando de lado, entrando a pesar ms
los criterios biolgicos. As Thornthwaite present esta definicin: .
En cierto modo, al decir factores climticos, implcitamente se
incluye lo definido en la definicin. Poncelet define el clima como
. En las sucesivas definiciones, se han ido teniendo en cuenta cada
vez ms los factores biolgicos, dndosele paralelamente mayor
importancia a un concepto climatolgico de gran inters: la
evapotranspiracin, la cual no es nicamente atribuible a las
condiciones fsicas de un lugar, sino que en ella intervine
fundamentalmente la accin de los seres vivos. Finalmente la
definicin que hoy en da se debe admitir de Clima y que figura en
las publicaciones oficiales de la Organizacin Meteorolgica Mundial
(OMM), es la siguiente: Al estudiar el clima se suelen considerar
en l dos aspectos fundamentales o bien dos tipos de parmetros:
factores y elementos: X Factores son aquellos aspectos fsicos y
geofsicos que condiciones el clima. X Elementos son cada uno de sus
componentes, que no son otra cosa que las variables meteorolgicas
que lo determinan.
21. Unidad 2 2-2 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II Entre los factores que
condicionan el clima de un lugar determinado, cabe citar: a) La
latitud, que es el factor ms importante, que condiciona la radiacin
solar. b) La altitud, pues disminuye con ella la temperatura, a la
vez que se altera la radiacin. c) La continentalidad, es decir la
mayor o menor distancia de un lugar a los mares. d) La orografa,
puesto que los cordones montaosos constituyen verdaderos muros de
contencin al flujo normal del aire. e) La orientacin, de
importancia en configuraciones de relieve complicado, relacionado
con el punto anterior y la inclinacin del terreno. f) La naturaleza
propia del terreno. g) La vegetacin, debiendo destacarse que existe
una interaccin mutua entre clima y vegetacin, pues se condicionan
recprocamente. h) Regmenes de vientos en altura. Los elementos del
clima estn dados prcticamente por las variables meteorolgicas del
lugar considerado, en especial la radiacin, la temperatura, la
precipitacin, la presin y los vientos, los valores medios y
extremos que stas toman y sus regmenes de variacin. Para el estudio
de la climatologa deben utilizarse exhaustivamente los datos
existentes, dado que al ser una ciencia descriptiva, trabaja con
los valores surgidos de sus propias observaciones. La definicin de
clima de la OMM transcripta en el apartado 2.a.1, haca referencia a
un perodo suficientemente largo. En trminos muy generales se ha
establecido que un lapso de 30 a 35 aos es suficiente para definir
las variables climatolgicas de un determinado lugar, dado que en el
mismo se desarrollara un ciclo meteorolgico completo. Sin embargo,
la extensin de la serie de datos debe ser variable, pues un perodo
determinado puede ser suficiente para medir una variable e
insuficiente para otra. As por ejemplo, la variabilidad de la
presin es francamente pequea en la mayor parte de la Tierra (salvo
Islandia y Siberia), bastando por consiguiente con unos pocos aos
de registros para elaborar una estadstica de presin. No ocurre lo
propio con la precipitacin, que presenta una variabilidad sumamente
grande, pudiendo variar de un ao a otro del 300% al 400%, y no en
el orden del 5% como ocurre con la presin. Esta situacin se traduce
en un significativo conflicto para el anlisis estadstico,
justamente en el fenmeno cuya evaluacin es la que ms interesa en la
Ingeniera Hidrolgica. Para la caracterizacin de la temperatura en
un determinado lugar, dados los valores usuales y su variacin, la
serie de registros necesarios resulta menor que para el caso de las
precipitaciones. Otro problema que presenta el anlisis de las
precipitaciones, es que su lmite inferior puede ser cero y no tiene
significado otro valor menor, no as las series de temperaturas, que
siempre se hallan abiertas en ambos extremos. Tal circunstancia
dificulta el estudio estadstico, el clculo de las asimetras, etc.
El objetivo fundamental de la clasificacin de los climas estriba en
su comparacin, con el fin de poder usar los datos hidrolgicos en
regiones distintas. En climas homogneos, la temperatura y la
precipitacin (y
22. Unidad 2 2-3 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II eventualmente otros elementos
climticos) son similares (no equivalentes) en cantidad, variacin y
distribucin. As por ejemplo, el estudio comparativo de las cuencas,
para las cuales son conocidos los valores medios anuales de
pluviometra y erosin, ha permitido comprobar que en aquellas
cuencas en que se presentaba una desigual reparticin de las lluvias
en el ao, con una concentracin de precipitaciones en un lapso
relativamente corto del mismo, se produca una degradacin especfica
elevada. Por el contrario, las cuencas con degradaciones especficas
dbiles predominan en climas cuya distribucin anual de lluvias es ms
uniforme. Puesto que el clima es una compleja combinacin de
elementos, la que a su vez depende de una no menos compleja
combinacin de factores, resulta muy difcil intentar una
clasificacin satisfactoria y de aceptacin unnime, de los
variadsimos tipos climticos que se presentan en la superficie
terrestre. Sin embargo, si puede establecerse una primera
clasificacin o, para una mejor comprensin, una doble acepcin
conceptual, basada en el mbito espacial del que se estudia el
clima, y que responde a: microclima y microclima. Ambos trminos
definen por s mismos el objetivo a alcanzar y su campo de
utilizacin. Las primeras clasificaciones fueron establecidas con
criterio puramente geogrfico y posteriormente, fueron
perfeccionndose al considerar los parmetros climatolgicos en toda
su amplitud. Dado que las clasificaciones generales abarcan la
totalidad de los climas presente en la superficie terrestre,
brindan su descripcin y definen sus caractersticas, en el presente
apartado se har referencia detallada nicamente a los tipos
climticos que corresponden a la zona andina central de la Repblica
Argentina. Los restantes slo sern mencionados, sin definir sus
caractersticas. Martone, en funcin bsicamente de la temperatura, la
humedad y la situacin continental, estableci seis tipos de climas:
1: Climas calurosos sin perodo seco o Climas Ecuatoriales 2: Climas
calurosos con perodo seco o Climas Tropicales 3: Climas templados
sin estacin fra o Subtropicales 4: Climas templados con estacin fra
5: Climas Desrticos. Son determinados en general por el relieve del
suelo (condiciones orogrficas especiales), como ser llanos rodeados
de cordilleras que sirven de barrera a los vientos hmedos y a las
lluvias. Se distinguen dos tipos: a Climas Desrticos Calurosos, con
un total anual de lluvia inferior a los 250 mm, con distribucin
irregular, variacin trmica anual muy fuerte en la situacin
continental y ms dbil en el tipo ocenico. b Climas Desrticos Fros,
cuya diferencia con el anterior estriba en que aparte de contar con
estacin fra, dado que suelen registrarse en verano temperaturas
elevadas, tienen una mayor amplitud anual. 6: Climas Fros con
verano templado y climas fros sin estacin templada Una de las
clasificaciones climatolgicas ms difundidas, es la establecida por
Kppen, que basada en la temperatura y lluvias, establece 5 zonas,
que a su vez dan lugar a 11 categoras, cada una con diversas
variedades. Tal clasificacin comprende: Zona A Tropical Lluviosa
donde siempre la temperatura media de un mes es mayor de 18C y la
precipitacin media anual es mayor de 750 mm. Comprende la Categora
1
23. Unidad 2 2-4 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II (Selva) y la Categora 2 con dos
subcategoras (Sabana y Bosque Lluvioso). Cada una de ellas admite a
su vez varias subdivisiones. Zona B Seco con las siguientes
categoras: Categora 3 Estepa (BS), con tres subdivisiones: (i) BSs
lluvias en invierno P 100 Pequea
25. Unidad 2 2-6 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II Se utiliza como ndice de humedad
del suelo referida a un ao, y est dado por: /4/ T*50 P U donde: T
temperatura media del ao, en C P precipitacin anual, en mm U <
0.5 Muy seco 0.5 a 1.0 Seco 1.0 a 1.5 Hmedo > 1.5 Muy hmedo Est
dado por: /5/ PIB donde: P precipitacin anual, en mm BI 0 a 250
rido 250 a 500 Semirido 500 a 1000 Subhmedo 1000 a 2000 Hmedo >
2000 Muy hmedo El microclima es el conjunto de condiciones
climticas que actan efectivamente sobre los organismos en su hbitat
natural y que difieren, a veces de modo considerable, del clima
regional entendido en sentido geogrfico. Un microclima afecta
normalmente a un rea limitada, pudiendo variar sus condiciones
propias en distancias muy pequeas. Las clasificaciones genricas de
climas, as como los ndices que se calculan para una regin, pueden
no ajustarse a la realidad cuando se los aplica a reas reducidas.
Ello se debe a que los diversos factores que condicionan el clima,
tales como relieve, orientacin, altitud, naturaleza del suelo,
vegetacin, etc., ofrecen distintos matices, lo que origina, dentro
de cada tipo general de clima, una infinidad de variedades
localizadas. Es decir, las mltiples circunstancias locales
condicionan el clima de un lugar, particularizndolo en diversos
microclimas.
26. Unidad 2 2-7 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II En la produccin y definicin de
las caractersticas de los microclimas, ejercen una influencia
preponderante, las condiciones que presentan los accidentes de la
superficie terrestre, en virtud de ello los microclimas se van
debilitando hasta casi desaparecer en regiones muy elevadas sobre
el nivel del mar, en donde slo reina el clima zonal del lugar. La
riqueza en microclimas aumenta con la abundancia de accidentes
presentes en la superficie terrestre y, en consecuencia, el nmero
de ellos puede ser apreciable en reas serranas y montaosas, mxime
se en ellas abundan, asimismo, elementos hidrogrficos (ros, lagos,
etc.). Por el contrario, casi n existen microclimas en una regin
llana y, con mucha mayor razn, en un rea martima de alta mar. El
aspecto de mayor incidencia a nivel de obras hidrulicas, lo
constituyen los microclimas que pueden generarse como consecuencia
de la construccin de presas y la consiguiente conformacin de los
embalses a que las mismas dan lugar, debindose por ello evaluar, en
la fase de proyecto, las tendencias microclimticas probables a que
tender su zona de influencia, valorando los aspectos positivos y
negativos de las mismas. La microclimatologa, como disciplina
cientfica, es bastante moderna. La inici, en 1911, el botnico
Gregorio Kraus, cuando public sus detalladas observaciones
meteorolgicas y florsticas practicadas sobre un rea muy limitada, y
relacion los hechos botnicos con dichas observaciones
meteorolgicas. Aos ms tarde, en 1927, R. Geiger orden los
conocimientos recogidos sobre el tema en diversos pases, publicando
el primero de sus excelentes tratados sobre microclimatologa. Los
mtodos de trabajo de la climatologa clsica y los de la
microclimatologa, difieren en ciertos aspectos, que se pasan a
puntualizar: a) Mientras que la climatologa trata de establecer los
valores absolutos de los diversos elementos del clima (lluvia,
temperatura, humedad relativa, etc.), con la mayor exactitud
posible mediante el anlisis de largos perodos de registro a fin de
obtener valores medios normales, el nfasis de la microclimatologa
no se pone tanto en establecer valores de este tipo sino en
detectar las diferencias que existen entre microclimas vecinos, lo
que se logra con suficiente seguridad por medio de series de
observaciones muchsimo ms cortas. En los tratados de Geiger son
citadas muchas buenas investigaciones que duraron apenas alguna
semanas, y an a veces unos pocos das, en el verano y en el
invierno. b) La climatologa se basa en los registros meteorolgicos,
para los que los instrumentos de medicin se instalan en forma fija,
y que son ledos por el observador a horas determinadas del da. La
microclimatologa, por el contrario, usa instrumental instalado en
forma transitoria y cuya lectura no se realiza en horas
rigurosamente fijadas, emplendose adems por lo general abundante
instrumental, pues interesa delimitar el rea que abarca el
microclima, o en ocasiones, estudiar distintos microclimas en forma
simultnea. A veces, para lograr el objetivo precedentemente
mencionado, se usa instrumental porttil con que se recorre el rea a
estudiar. Este ltimo precediendo es muy utilizado para estudiar los
microclimas generados por las ciudades. Al efecto, se siguen
itinerarios preestablecidos, de forma del que a intervalos
regulares de tiempo (del orden de las horas), se vaya pasando por
determinados puntos fijos, que sirven de control o testigo, para
verificar como han evolucionado los fenmenos meteorolgicos dentro
del rea estudiada. En ciudades muy extendidas puede detectarse la
existencia de numerosos microclimas distintos. c) Mientras que la
climatologa, por lo general, no requiere instrumentos de gran
sensibilidad, la microclimatologa, usa frecuentemente instrumentos
muy sensibles, pues trata de hallar diferencias, muchas veces
pequeas, entre microclimas vecinos. Las caractersticas hidrolgicas
de una regin estn determinadas por su estructura geomorfolgica y
geogrfica y, en forma dominante, por los valores y variacin con que
en la misma se presentan los diversos
27. Unidad 2 2-8 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II elementos meteorolgicos, los que
a su vez definen su clima. Entre estos elementos se hallan: la
radiacin solar, la temperatura (relacionada directamente con la
anterior), la humedad, los vientos y, en menor medida, la presin
atmosfrica. A todos estos debe agregarse la cantidad, distribucin y
tipo de las precipitaciones (las que por su importancia en los
estudios hidrolgicos sern tratadas en un captulo independiente),
como as tambin la existencia de hielo y nieve. Es obvio que para la
comprensin y correcta aplicacin de estas influencias en el planteo
y resolucin de los problemas de la Ingeniera Hidrolgica, se deben
poseer los conocimientos bsicos relativos a los procesos
meteorolgicos que participan en aquellos y que determinan el clima
de la regin. En su acepcin ms general, puede definirse la
Meteorologa como la . Desde un punto de vista genrico, puede
dividirse a esta disciplina en dos grandes ramas: una cuyo objetivo
bsico es el estudio de la fsica de la atmsfera, y la segunda,
denominada Meteorologa Prctica, que es la que presenta mayor inters
a los fines de su aplicacin en Hidrologa y en Ingeniera Hidrolgica.
En meteorologa se denomina tiempo al estado de la atmsfera en un
lugar y en un momento determinados. Se lo describe en funcin de los
llamados elementos del tiempo (radiacin solar, temperatura,
humedad, presin atmosfrica y vientos), a los que se deben aadir las
nubes presentes (en cantidad y tipo) y el nombre de los fenmenos
especiales (meteoros) que tengan lugar en el instante de la
observacin (precipitaciones, tormentas, etc.). Los elementos del
tiempo no deben ser considerados como entidades separadas, dado que
se hallan estrechamente relacionados entre s. Es importante
recalcar los conceptos de tiempo y de clima. Como se vi, el clima
queda definido por el conjunto de los valores que presentan los
elementos del tiempo en una regin a lo largo de un perodo de tiempo
suficientemente largo, los que caracterizan el estado medio de la
atmsfera en tal lugar. De la confrontacin de ambos conceptos surge
que el trmino tiempo se vincula siempre a un estado atmosfrico
transitorio (a veces de permanencia sumamente pequea), que puede
ser normal o no, para la regin o lugar considerado, quedando
definido por las observaciones realizadas en un instante
determinado, mientras que para definir su clima deben emplearse
datos promedio, que generalmente corresponden varias dcadas de
observaciones regulares y continuas. La es la fuente principal de
energa de nuestro planeta y quien determina las caractersticas de
todos los elementos del tiempo y del clima. En primer trmino la
radiacin solar suministra calor a la superficie terrestre; luego
esta superficie se encarga de calentar el aire, determinando en l
una cierta . As pro ejemplo, se forman las en las zonas
ecuatoriales y tropicales, y en la polares. Las masas de aire y el
calor solar se combinan para favorecer la de agua en los mares,
ros, reas con cubierta vegetal y suelo hmedos. El vapor de agua as
originado constituye la . Cuando el vapor de agua sufre procesos de
condensacin (por efecto de un ascenso o de un enfriamiento), se
transforma en (o en nieblas). Algunas nubes generan (lluvias,
lloviznas, nieve, chaparrones, etc.), las cuales vuelven a aportar
agua a los mares, ros y suelos, as como a incrementar la humedad
del aire. Por otra parte, las distintas masas de aire (fras y
calientes), poseen diferentes peso y densidad, segn su temperatura.
En consecuencia, generan determinadas zonas de alta y baja ,
originando
28. Unidad 2 2-9 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II movimientos del aire, , los que
no slo favorecen el traslado de las nubes, sino tambin la
evaporacin del agua, el transporte de la humedad y el movimiento de
las masas de aire. En resumen, el calor proveniente del sol es el
nico combustible que mueve a todo el engranaje atmosfrico del
tiempo y del clima terrestre. La atmsfera es la envoltura gaseosa
que rodea completamente al globo terrqueo, unida a l por la accin
de la gravedad. Se extiende verticalmente hacia el interior de la
corteza terrestre y hacia el espacio exterior. Los lmites son
imprecisos; con un gran margen de amplitud, unos 60 km en el primer
caso y de 500 a 600 km en el segundo. El trnsito de la atmsfera al
espacio interplanetario se verifica de una manera muy gradual. La
importancia de esta envoltura gaseosa queda puesta de manifiesto
por el hecho que, sin la misma, la vida no sera posible en la
Tierra, ni se produciran los fenmenos meteorolgicos. Desde el punto
de vista de la Hidrologa, la atmsfera constituye simultneamente: a)
Un enorme que contiene, segn las condiciones meteorolgicas, zonas
donde este vapor se convierte en microgotas de agua lquida o nfimas
partculas de hielo, que forman nieblas y nubes. Segn las
fluctuaciones del estado mecnico y termodinmico del medio ambiente,
los elementos de esa fase condensada del agua se evaporan de nuevo
o se aglomeran originando precipitaciones. b) Un vasto del agua
atmosfrica por encima de las tierras y los ocanos, por medio de una
red compleja y fluctuante de corrientes areas regulares o
fortuitas. c) Un gran que absorbe selectivamente una pequea parte
de la radiacin solar directa y una ms amplia fraccin de la redaccin
calrica indirecta, emitida por la tierra al ser calentada por el
sol. Si no existiera la atmsfera, aquella alcanzara durante el da
temperaturas mayores a 95C, mientras que durante la noche
descendera aproximadamente a 180C. El espesor de la atmsfera es
tericamente indefinido, pero desde el punto de vista de la
Meteorologa Prctica presentan inters prioritario los fenmenos que
ocurren en la capa inferior, de unos 15 km de espesor. A la presin
normal de 760 mmHg2 , la masa de la atmsfera (alrededor de 10
toneladas por m2 de superficie), es del orden de 5x1015 toneladas,
o sea casi la millonsima parte de la masa total del planeta. De ese
total: los primeros 5 km encierran la mitad de la masa de la
atmsfera los 10 primeros kilmetros contienen las partes los 20
primeros km, los 9 /10. Las dimensiones horizontales de la atmsfera
meteorolgica son pues, en extremo grandes con relacin a las
verticales. En este espacio muy plano se produce que: a) Las
variaciones de las magnitudes fsicas son rpidas en direccin
vertical y muy lentas en horizontal. Para la temperatura y la
presin, los gradientes que siguen esas dos direcciones, estn
corrientemente en la relacin de 1:1.000 y a veces, de hasta
1:10.000. 2 mmHg = milmetros de mercurio
29. Unidad 2 2-10 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de
Ingeniera Hidrologa I/Hidrologa II b) Las grandes corrientes areas
son casi horizontales, fuera de las perturbaciones locales, la
componente vertical media de los vientos, en altura, es del orden
de 1/100 de la componente horizontal. Teniendo en cuenta las
propiedades trmicas de la atmsfera, se pueden distinguir en la
misma, cinco estratos principales superpuestos: 1)
Troposfera.....Recibe esta denominacin (literalmente capa
cambiante), la zona atmosfrica ms prxima a la superficie terrestre,
dentro de la cual se producen los principales fenmenos
meteorolgicos (nubes, frentes de tormenta, precipitaciones,
vientos, etc.). Casi todo el vapor de agua y el polvo de la
atmsfera se localizan en esta capa. En la troposfera la temperatura
desciende conforme aumenta la altitud, llegando en el lmite
superior (denominado tropopausa), a un valor medio de 60C. Dicho
lmite vara con la latitud del lugar y la poca del ao, ubicndose en
trminos generales a los 13 km en zonas templadas, 16 km en la
franja ecuatorial y 8 km en las regiones polares. 2)
Estratosfera..Esta capa se ubica sobre la anterior, extendindose
hasta una altura del orden de los 40 km. En ella la temperatura se
mantiene aproximadamente constante en el valor antes indicado,
producindose en la misma, fuertes vientos horizontales y pequeas
corrientes verticales. En el lmite superior de esta capa (la
estratopausa), se produce un mximo localizado de temperatura, la
que vuelve a alcanzar valores positivos, dando lugar a la
denominada capa caliente, cuyo origen posiblemente se encuentra en
la energa que de manera constante se desprende por la produccin de
destruccin de ozono. El incremento de la presencia de esta gas,
cuya concentracin mxima se produce entre los 20 y 30 km, tiene
especial inters por dos razones: la primera, por actuar como
pantalla de las letales radiaciones ultravioleta del sol y en
segundo lugar, al absorber una parte apreciable de la radiacin
emitido por la tierra, contribuyendo al equilibrio trmico de la
atmsfera interior. 3) Mesosfera .....Se extiende hasta la mesopausa
(80 a 90 km de altitud), caracterizndose por una continua
disminucin de la temperatura, que llega hasta valores de 90C. 4)
Termosfera ...o Ionosfera. En esta zona la temperatura de las
partculas vuelve a aumentar al altitud, llegando durante el da a
alcanzar valores del orden de los 500C, si bien la densidad de la
materia gaseosa es ya tan dbil que el