APUNTES DE HIDROLOGÍA BÁSICA
patov95Apuntes5 de Febrero de 2017
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APUNTES DE
HIDROLOGÍA BÁSICA
INDICE
1.1 Generalidades.
1.2 Conceptos de Hidrología.
1.3 Importancia y aplicación de la Hidrología.
1.4 División teórica de la Hidrología.
1.5 El Ciclo Hidrológico.
1.6 Formas de agua en el suelo.
1.1 GENERALIDADES.
A través del tiempo, el hombre ha estado sometido y se ha visto forzado a adaptar su vida al capricho de los fenómenos atmosféricos, al transporte y ocurrencia del agua en la naturaleza; sin embargo, solo en épocas relativamente recientes, se ha preocupado de estudiar seriamente los fenómenos hidrológicos e hidrometeoro lógicos en general.
El agua, elemento de cuya distribución se ocupa la Hidrología, es un factor determinante en la vida de todos los seres. El hombre la utiliza para beber, bañarse, cocinar para obtener sus alimentos, para generar energía, para evacuar los residuos, para combatir los incendios, para la industria, para el transporte, etc. Sin embargo de estos beneficios, muchas veces la presencia del agua produce catastróficos irreparables en la vida del hombre, las crecientes de los ríos, la ruptura de las presas, han provocado verdaderas hecatombes que han afectado a miles de personas; el exceso de agua en el suelo implica un cambio radical en el tipo de cultivos y en la mayoría de los casos inutiliza las tierras; así mismo, la erosión hídrica de los suelos produce efectos destructores que han inutilizado importantes regiones del globo.
Por otro lado, la escasez del agua también produce desastres colectivos; poblaciones enteras se han visto obligadas a emigrar, abandonando sus hogares y propiedades hacia otras áreas, en busca del precioso elemento. De esto se desprende la importancia para el hombre del conocimiento de los fenómenos hidrológicos que determinan la existencia del agua y su magnitud en la parte sólida del globo terrestre.
EL AGUA
El volumen total de agua existente en la naturaleza en los tres estados sólido, líquido y gaseoso, se estima entre 1.3 a 1.4 x 10E18 m3 (trillones de metros cúbicos). El hidrólogo norteamericano Raymond L. Nace, realizó importantes estudios sobre la distribución de las reservas de agua en la naturaleza.
El agua superficial para cuyo aprovechamiento se han destinado fabulosas cantidades de dinero y que constituye en la actualidad la principal fuente de aprovisionamiento de agua para la humanidad es, en cualquier momento, apenas 0.0091 % del volumen total del agua que existe en el mundo. Este porcentaje tan bajo y el aumento siempre creciente de las necesidades de este tipo de agua por el aumento continuo de la población de la tierra, conducen a la necesidad de un aprovechamiento técnico y adecuado de este recurso, precisamente a base de los conocimientos que la Hidrología nos proporciona.
De los estudios de Nace, se desprende que aproximadamente el 97.208 % de los recursos hídricos del mundo están en los mares como agua salada y el 2.792 % corresponde a agua dulce, con la siguiente distribución general:
Hielo Perpetuo | 75 % |
Ríos y Lagos | 11 % |
Agua subterránea | 10 % |
Agua atmosférica | 4 % |
-------- | |
Total | 100 % |
Cabe resaltar también que el agua subterránea ubicada en los primeros 800 metros de la corteza terrestre alcanza aproximadamente a 4 millones de kilómetros cúbicos, que es un volumen equivalente al que todos los ríos de la tierra transportarían a los océanos durante 123 años seguidos. Posiblemente estas reservas hídricas subterráneas constituyen la solución para el abastecimiento, no muy lejano de la humanidad.
La distribución porcentual del agua en los tres estados en promedio es aproximadamente:
Sólido | 2.1500 % |
Líquido | 97.8491 % |
Gaseoso | 0.0009 % |
------------ | |
Total | 100.0000 % |
La ocurrencia del agua en cualquier lugar y momento, así como los porcentajes de distribución en los varios estados físicos del agua, están regulados por dos tipos de factores básicos:
a) Energía disponible: Solar.
Gravitacional. Molecular. Planetaria.
b) Propiedades físicas y químicas del agua: Calor especifico.
Coeficiente de transmisión. Calor de fusión.
Calor de solidificación.
a) ENERGÍA DISPONIBLE
ENERGIA SOLAR
Es el principal tipo de energía que interviene en todas las fases del Ciclo Hidrológico y determina los porcentajes de agua existentes en los varios estados, en un instante o período cualquiera.
Como sabemos, la energía proveniente del sol se trasmite en forma de luz y su valor se traduce por la llamada "Constante Solar" que es el flujo de energía que atraviesa la unidad del área de una superficie situada en el límite superior de la atmósfera, orientada perpendicularmente a los rayos solares, cuando el sol se encuentra a la distancia media anual con relación a la tierra (49 x 10E6 Km). Shonson, en 1954 determinó la Constante Solar en un valor de 1200 Kcal/hora/m2 igual a 1.39 Kw/m2.
La energía que llega realmente a la superficie terrestre es menor que el 40% del valor de la Constante Solar. El 43 % se refleja en la atmósfera hacia los espacios siderales, el 12 % se transforma en calor que evapora el agua atmosférica y el 5% restante es absorbido por el ozono de la atmósfera. El promedio anual que recibe la superficie terrestre de la energía proveniente del sol, se estima entre 0.1 y 0.2 Kw/m2 que equivale 0.7 a 1.4 x10E6 calorías/m2/año. Este calor permitirá una evaporación anual de 1.3 a 2.6 m. de agua; valores que superan a la precipitación anual de muchos sitios del globo.
La enorme cantidad de energía solar es la responsable de casi todos los fenómenos hidrológicos; por ello existe la evaporación oceánico y continental, los movimientos atmosféricos que transportan la evaporación oceánica al continente, donde se producen los varios tipos de precipitación, las brisas de mar y las de tierra, etc. También es causante de los vientos y de los fenómenos de erosión térmica por la diferencia entre los coeficientes de dilatación de los materiales de que está compuesta la superficie terrestre, lo que produce tensiones diferenciales que resquebrajan las más duras rocas.
Por otro lado la energía luminosa proveniente del sol, al ser absorbida por la tierra, se transforma en calor que, además de permitir la evaporación del agua contenida en ella, permite que irradie calor calentando el aire y produciendo de esta forma su dislocamiento.
La evaporación total producida por la energía solar, en los océanos, lagos, corrientes, suelo y la evapotranspiración de las plantas, alcanza a 390.000 kilómetros cúbicos por año, de los cuales 330.000
Km3 corresponden a los océanos y 60.000 Km3 a las partes cálidas de la superficie terrestre. Toda esta
evaporación es producida por la intervención de la energía solar.
ENERGIA GRAVITACIONAL
Interviene en todos los fenómenos meteóricos (los que suceden en la atmósfera) como la precipitación en sus varias formas, descargas eléctricas, etc. Por ejemplo, una vez formada la gota de agua en la nube cae a la tierra por efecto de la gravedad. El escurrimiento natural, tanto superficial como subterráneo, se debe a la acción de la energía potencial que tienen las partículas de agua en relación a sus niveles inferiores, por la fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre ellas; sin la intervención de la energía gravitacional, no sería posible ningún movimiento natural del agua. Si recordamos que el aprovechamiento de los recursos hídricos para uso del hombre es posible gracias a la existencia del escurrimiento superficial (ríos) y del escurrimiento subterráneo (agua del subsuelo), se destaca la importancia de la intervención de la energía gravitacional en la vida del hombre. De esta forma, los ríos (escurrimiento superficial) y los dislocamientos subterráneos del agua constituyen para el hombre, la parte más importante del Ciclo Hidrológico.
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