Ciclo Hidrologico

1) El ciclo hidrológico

El ciclo hidrológico se podría definir como el proceso que describe la ubicación y el movimiento del agua en nuestro planeta. Es un proceso continuo en el que una partícula de agua evaporada del océano vuelve al océano después de pasar por las etapas de precipitación, escorrentía superficial y/o escorrentía subterránea.

El concepto de ciclo se basa en el permanente movimiento o transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como entre sus diferentes estados (líquido, gaseoso y sólido). Este flujo de agua se produce por dos causas principales: la energía Solar y la gravedad.

El ciclo hidrológico cuenta con varias fases que son:

Evaporación

El ciclo se inicia sobre todo en las grandes superficies líquidas (lagos, mares y océanos) donde la radiación solar favorece que continuamente se forme vapor de agua. El vapor de agua, menos denso que el aire, asciende a capas más altas de la atmósfera, donde se enfría y se condensa formando nubes.

Precipitación

Cuando por condensación las partículas de agua que forman las nubes alcanzan un tamaño superior a 0,1 mm comienza a formarse gotas, gotas que caen por gravedad dando lugar a las precipitaciones (en forma de lluvia, granizo o nieve).

Retención

Pero no todo el agua que precipita llega a alcanzar la superficie del terreno. Una parte del agua de precipitación vuelve a evaporarse en su caída y otra parte es retenida (agua de intercepción por la vegetación, edificios, carreteras, etc., y luego se evapora.

Del agua que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en charcas, lagos y embalses (almacenamiento superficial) volviendo una gran parte de nuevo a la atmósfera en forma de vapor.

Escorrentía superficial

Otra parte circula sobre la superficie y se concentra en pequeños cursos de agua, que luego se reúnen en arroyos y más tarde desembocan en los ríos (escorrentía superficial). Este agua que circula superficialmente irá a parar a lagos o al mar, donde una parte se evaporará y otra se infiltrará en el terreno.

Infiltración

Pero también una parte de la precipitación llega a penetrar la superficie del terreno (infiltración) a través de los poros y fisuras del suelo o las rocas, rellenando de agua el medio poroso.

Evapotranspiración

En casi todas las formaciones geológicas existe una parte superficial cuyos poros no están saturados en agua, que se denomina zona no saturada, y una parte inferior saturada en agua, y denominada zona saturada. Una buena parte del agua infiltrada nunca llega a la zona saturada sino que es interceptada en la zona no saturada. En la zona no saturada una parte de este agua se evapora y vuelve a la atmósfera en forma de vapor, y otra parte, mucho más importante cuantitativamente, se consume en la transpiración de las plantas. Los fenómenos de evaporación y transpiración en la zona no saturada son difíciles de separar, y es por ello por lo que se utiliza el término evapotranspiración para englobar ambos términos.

Escorrentía subterránea

El agua que desciende, por gravedad-percolación y alcanza la zona saturada constituye la recarga de agua subterránea.

El agua subterránea puede volver a la atmósfera por evapotranspiración cuando el nivel saturado queda próximo a la superficie del terreno. Otras veces, se produce la descarga de las aguas subterráneas, la cual pasará a engrosar el caudal de los ríos, rezumando directamente en el cauce o a través de manantiales, o descarga directamente en el mar, u otras grandes superficies de agua, cerrándose así el ciclo hidrológico.

El ciclo hidrológico es un proceso continuo pero irregular en el espacio y en el tiempo. Una gota de lluvia puede recorrer todo el ciclo o una parte de él. Cualquier acción del hombre en una parte del ciclo, alterará el ciclo entero para una determinada región. El hombre actúa introduciendo cambios importantes en el ciclo hidrológico de algunas regiones de manera progresiva al desecar zonas pantanosas, modificar el régimen de los ríos, construir embalses, etc.

El ciclo hidrológico no sólo transfiere vapor de agua desde la superficie de la Tierra a la atmósfera sino que colabora a mantener la superficie de la Tierra más fría y la atmósfera más caliente. Además juega un papel de vital importancia: permite dulcificar las temperaturas y precipitaciones de diferentes zonas del planeta, intercambiando calor y humedad entre puntos en ocasiones muy alejados.

Las tasas de renovación del agua, o tiempo de residencia medio, en cada una de las fases del ciclo hidrológico no son iguales. Por ejemplo, el agua de los océanos se renueva lentamente, una vez cada 3.000 años, en cambio el vapor atmosférico lo hace rápidamente, cada 10 días aproximadamente.

La Ley de Darcy

Ley de Darcy es una ecuación constitutiva que describe el flujo de un fluido a través de un medio poroso. La ley fue formulada por Henry Darcy, sobre la base de los resultados de los experimentos sobre el flujo de agua, a través de lechos de arena. También constituye la base científica de la permeabilidad del líquido utilizado en las ciencias de la tierra. Aunque la Ley de Darcy (una expresión de la conservación del momento) se determinó experimentalmente por Darcy, desde entonces se ha derivado de las ecuaciones de Navier-Stokes, a través de la homogeneización. Es análogo a:

1. La ley de Fourier, en el ámbito de la conducción del calor.

2. La ley de Ohm, en el ámbito de las redes eléctricas.

3. La ley de Fick, en teoría de la difusión.

Una aplicación de la ley de Darcy es que el agua fluya a través de un acuífero. La Ley de Darcy, junto con la ecuación de conservación de la masa es equivalente a la ecuación de flujo de aguas subterráneas, una de las relaciones básicas de la hidrogeología. La ley de Darcy también se utiliza para describir el aceite, el agua y los flujos de gas a través de depósitos de petróleo.

Flujo laminar:

En el flujo laminar, las láminas liquidas elementales se deslizan unas sobre otras su disposición regular determina trayectorias lineales o líneas de corrientes. Las partículas de agua fluyen en trayectorias rectas que son paralelas al cauce. Las partículas de agua se mueven corriente abajo sin mezclarse. Es el movimiento ordenado, “tranquilo” de un fluido, donde idealmente sus moléculas describen trayectorias paralelas. Está regulado fundamentalmente por la viscosidad dinámica del fluido:

µ= dh/dV µ = viscosidad dinámica; µ = esfuerzo cortante o tensión.

dh= distancia de dos capas consecutivas o según los casos espesor del fluido;

dV = velocidad.

Flujo turbulento:

Cuando R es superior las láminas liquidas elementales son irregulares y forman turbulencias, al cual se le asocia en el canal de corrientes instantáneas y sin ninguna orientación. A nivel de 2 laminas clementales caracterizadas por la velocidad v y v + dv, podemos deducir la trayectoria de una partícula, dada la diferencia dv de velocidad, la lamina tiende a oponerse al movimiento de las partículas mientras que la lamina tiende a desplazarse. Cuando el flujo es turbulento, el agua se mueve de una manera confusa y errática, que a menudo se caracteriza por la presencia de remolinos turbulentos. El del flujo turbulento o desordenado, típico de un río torrentoso. En un río, el flujo turbulento favorece el transporte de partículas en suspensión o por “saltación”. En la atmósfera, el flujo turbulento es propio de condiciones extremas, sin embargo, es favorable para la dispersión de sus contaminantes. Las líneas de flujo no son paralelas y varían su posición a lo largo del movimiento. Las partículas se mueven aguas abajo y paralelamente a la superficie inferior, pero también hacia abajo y arriba del fluido. Las líneas de flujo se curvan.

Porosidad:

La porosidad es la relación entre el volumen de poros y el volumen total de una roca, sedimento o suelo. Si los poros están interconectados, la mayor porosidad implica también mayor permeabilidad del material. La cantidad de espacios vacíos dentro de la masa rocosa; la arcilla y la arena son porosas, igualmente una arenisca mal cementada o una roca fracturada o con planos de disolución, porque hay volumen de espacios vacíos en el seno de la roca. La porosidad varía con la dimensión de los huecos y el grado de cohesión de los minerales que lo limitan. Por ejemplo: una masa de arena cuyos lados son esféricos verá variar su porosidad según la colocación de esos granos.

Relación entre el volumen de huecos de un material (Vh) y su volumen total (Vt):

Es una propiedad adimensional, y se expresa normalmente en tantos por ciento. Su valor oscila entre el 1% (rocas muy compactas) y el 50% (en algunos depósitos de grano fino). Los medios sólidos pueden presentar una porosidad primaria (medios porosos s.s., con porosidad intergranular o intersticial), adquirida durante su formación o depósito, o bien una porosidad secundaria (medios fisurados y kársticos, con porosidad por fisuración y por disolución), adquirida con posterioridad a su formación.

Permeabilidad:

La permeabilidad es la medida de la capacidad de un material para permitir el paso de un fluido (p.ej., agua a través de rocas, sedimentos o suelos). La permeabilidad puede ser primaria (p.ej., poros interconectados en un roca clástica) o secundaria (producto de la fracturación o de procesos de disolución de una roca). La permeabilidad

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