� 1.1. La Hidrología, Meteorología e Hidrometereología

� 1.2. La Atmósfera

� 1.3. Procesos que conforman el ciclo hidrológico

� 1.4. Balance Hídrico

� 1.5. Ejercicios de Aplicación

El vocablo Hidrologíaderiva del griegohydor: agua, logo:estudio

Tiene un papel muy importanteen la planificación delaprovechamiento de losRecursos Hidráulicos, y hallegado a convertirse en partefundamental de los proyectosde ingeniería que tienen quever con suministro de agua,disposición de aguas servidas,drenaje, protección contra laacción de ríos y recreación.

Ciencia que estudia ladisponibilidad y ladistribución del aguasobre la tierra

APLICACIÓN DE LA HIDROLOGIA EN LA INGENIERIA CIVIL E INGENIERIA AMBIENTAL

El Ingeniero utiliza la hidrología para cuantificar los recursos hídricos que inciden en las obras y proyectos hidráulicos De aprovechamiento

del agua

De defensa de laacción del agua

Interacción con la Ingeniería de Sistemas

Simulación de ocurrencia de eventos futuros

OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS HIDROLÓGICOS

Proyectos Abastecimiento

de Agua

Captan caudales “Q”de corrientessuperficiales (Q mínimo)o de depósitossubterráneos paraabastecer demandasde agua en áreasespecíficas

Proyectos de Generación de

Energía Eléctrica

Captan caudales “Q”de corrientessuperficiales (y enalgunos casos el Qvariable conregulación por mediode embalses) yaprovechandiferencias de cota (H)para generar EnergíaHidráulica a través delas Turbinas de lasCentralesHidroeléctricas

Diseño de obras viales, drenajes de aguas de lluvias y

estructuras de protección

Analizan los regímenesde caudales medios yextremos (máximos ymínimos) de lascorrientes de agua enlos tramos de influenciade las obras viales, enlas zonas que requierende alcantarillados deaguas pluviales, y enlas zonas inundablesadyacentes a loscauces.

Proyectos de marítima y fluvial

Proyectos deNavegación Marítimaconsisten en el análisisdel Estado del Tiempoen mar profundo, en laplataforma continentaly en los litorales

• Recolectan y procesan información histórica.• Programan y ejecutan campañas en

topografía, batimetrías, aforos líquidos y sólidos.• Toma y análisis de muestras de sedimentos

DESARROLLO DE PROYECTOS

• Características climatológicas y morfo métricas de las zonas que tienen influencia sobre el área del proyecto.

• Selección y capacidad de la fuente que suministrará el caudal que se entregará a los beneficiarios del proyecto.

• Magnitud de los eventos extremos, Crecientes y Sequías. • Transporte de sedimentos hacia las obras de captación y

almacenamiento.

RESULTADOS DE LOS

ESTUDIOS

METEOROLOGÍA E HIDROMETEOROLOGÍA

Parte terrestre, en la que estudia la intercepción de lluvia, evapotranspiración, escorrentía superficial y subterránea, infiltración, etc.

Parte atmosférica, estudiando los procesos de evaporación, condensación, precipitación, transporte de humedad, etc.

La meteorología es la ciencia cuyo objeto de estudio son los fenómenos atmosféricos.

La Hidrometeorología es la parte de la meteorología que tiene especial interés en la solución de los problemas hidrológicos

DEFINICIÓN

Es la capa gaseosa que cubre la Tierra y que se mantiene atrapada a ella por la fuerza de atracción gravitacional

Con relación al tamañode la tierra, el espesor dela atmósfera es muypequeño, considerandoque el 99% de su masa seconcentra en los primeros30 km sobre la superficiede la Tierra.

La atmósfera es unacapa protectora quecubre la cortezaterrestre en la cual sedesarrolla la vida

Desde el punto de vista hidrológico,la atmósfera constituye a la vez:

Un enorme depósitode vapor y departículas de agua. Un vasto sistema de

transporte y distribución delagua atmosférica

Un gran colector de calor que absorbeselectivamente parte de la radiaciónsolar directa y de la radiación calóricaindirecta emitida por la tierra.

Nitrógeno 78,1%

Oxígeno 20,9%

Argón 0,93%

Dióxido de Carbono 0,038%

Otros Gases (H, Ne, He, O3) 0,032%

El contenido en vapor de agua de laatmósfera es muy variable, alcanzando el4% del volumen en condiciones muyhúmedas. El porcentaje de agua en laatmósfera decrece rápidamente conformese incrementa la altitud.

La atmósfera contiene diferentes capas que puedendistinguirse por su composición, temperatura ydensidad. La densidad de la atmósfera decrececonforme se incrementa la altitud, comoconsecuencia de las leyes de los gases y de la ley dela gravedad

Contiene Agua en sus tres estados

Cristalitos dehielo (nubes)

Pequeñas gotitaslíquidas (nubes)

Vapor que secomporta comoun gas

Agua contenida en la atmósfera

Contiene unos 12.000km3 de agua

Entre 0 y 1.800 m estála mitad del agua

Evaporaciónpotencial

Se evaporan (y licúan)unos 500 000 km3/año

Los océanos:940 mm/año

Los continentes:200-6000 mm/año

TEMPERATURA

El vocablo temperatura es un término relativo que implica una cierta cantidad de calor.

HUMEDAD

Una masa de aire no puede contener una cantidad ilimitada de vapor de agua. Hay un límite a partir del cual el exceso de vapor se licua en gotitas

PRESION

La presión atmosférica, es el peso de la columna de aire por unidad de superficie, la cual se mide desde la superficie de la tierra hasta las capas más altas de la atmósfera.

VIENTO

Es aire en movimiento que se produce por las diferencias de temperatura en la superficie de la tierra.

Si el calor fluye de un cuerpo A hacia otro cuerpo B, se dice que el cuerpo A tiene mayortemperatura que el cuerpo B. Las escalas termométricas son escalas arbitrarias queexpresan la temperatura

- Escala Celsius o centígrada.- Escala Farenheit.- Escala Kelvin o absoluta

ºC = (ºF - 32)/1.8ºF = 1.8 ºC + 32ºC = º K + 273.15ºK = º C – 273.15

Gradiente de temperatura es la tasa decambio de la temperatura en laatmósfera con la altitud

Temperatura del Punto de Rocío Td, es latemperatura a la cual debe enfriarse unamasa de aire húmedo no saturado apresión constante, hasta llegar acontener la máxima cantidad de vaporde agua a presión constante(saturación)

Una masa de aire no puede contener una cantidad ilimitada de vapor de agua. Hay unlímite a partir del cual el exceso de vapor se licua en gotitas. Este límite depende de latemperatura ya que el aire caliente es capaz de contener mayor cantidad de vapor deagua que el aire frío

Es la cantidad máxima de vapor de agua quepuede contener un metro cúbico de aire en unascondiciones determinadas de presión y temperatura.

Es la cantidad de vapor de agua por metro cúbicoque contiene el aire que estemos analizando.

Es la relación entre la cantidad de vapor de aguacontenido realmente en el aire estudiado (humedadabsoluta) y el que podría llegar a contener siestuviera saturado (humedad de saturación).

Humedad de saturación

Humedad absoluta

Humedad relativa

Los aparatos que miden esta variable sedenominan barómetros y el valor registradoestá en función directa con la altitud.

La unidad comúnmente usada, para registrar la presión atmosférica es elmilibar [mb], también mide en Hectopascal [hPa] o se registra como lalongitud de una columna de mercurio bajo de condiciones normales. Larelación entre estas última está dada por:

1 mmHg = 1,3332 hPa.

Tabla 1: Características de la atmósfera en distintas alturas. Promedios válidos para los 45º de latitud

Altura (m)

Presión (milibares)

Densidad (g · dm-3)

Temperatura (ºC)

0 1013 1,226 151000 898,6 1,112 8,52000 794,8 1,007 23000 700,9 0,910 -4,54000 616,2 0,820 -115000 540 0,736 -17,510000 264,1 0,413 -5015000 120,3 0,194 -56,5

El viento es originado por el desplazamiento de una masa de aire que fluye en relación con la superficie de la Tierra, generalmente en forma horizontal, sin embargo también hay vientos verticales, denominados ráfagas descendentes y corrientes ascendentes.

La denominación de los vientos depende de la dirección de donde provienen. Cuando los vientos soplan con mayor frecuencia desde una dirección que desde otra, esta recibe el nombre de viento prevalente.

Velocidad y Dirección del viento

Todos los movimientos del viento, contribuyen al transporte del calor y de otras condiciones de la atmósfera alrededor de la Tierra.

La lectura de estas medidas se realiza a 2m de altura con respecto de la superficie terrestre.

La velocidad del viento se mide en anemómetros y se indica en m/s o k/h o nudos

El instrumento más común para medirla dirección del viento es la paleta deviento. Las paletas de viento señalan ladirección desde la cual este sopla.

Circulación atmosférica general

Es la capa discontinua de agua que cubre las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra.

El agua en la hidrosfera puede presentarse en sus tres estados: sólida, líquida y gaseosa, y es en los océanos donde se encuentra la mayor parte.

Agua dulce 2.5%34.65 millones km3

Hidrosfera cuenta con un total aproximado de 1386 millones de km3 de agua

� Movimiento del agua en la Tierra

� La Hidrología se centra en la parte terrestre => excluye la atmósfera y los mares y océanos.

� Fuente de energía = el sol

reproducción del ciclo anual

� El ciclo se compone de:

� Almacenamientos � Flujos (procesos)

� En superficie

� Abstracciones iniciales

� Manto de nieve

� Dinámico sobre ladera (efímero)

� Suelo superior: hasta profundidad efectiva de raíces

� Para la mayor parte de las plantas entre 1,5 y 2 m

� En suelos estrechos la profundidad efectiva puede ser inferior

� Zona de transición: suelo inferior y/o sustrato (rocoso o no consolidado)

� Acuífero: formación geológica saturada inferior (suelo y/o sustrato). Límite superior su nivel freático

� Cauces

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

� Precipitación (P)

�Lluvia

�Nieve

�Rocío

� Fusión de nieve

� Escorrentía cortical y traslocación

� Infiltración (F) y exfiltración

Principal abastecimiento de agua para mayoría de ecosistemas terrestres

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

� Evaporación de la intercepción y charcos

� Transpiración desde parte superior del suelo

El Balance Hidrológico es útil para estimar laevapotranspiración (ET) a partir de los demás valorescuando éstos pueden medirse con alguna precisión,lo cual es posible en muy pocas ocasiones

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

� Escorrentía directa (ED)

� En la superficie:

Flujo de agua sobre superficie del terreno con pendiente y cuando precipitación excede infiltración

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

� Interflujo o flujo subsuperficial o flujo hipodérmico (FS)

� Flujo saturado

� Paralelo a la ladera

� Macroporos

Microsurcos superficiales y tubificación del interflujo

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

- Del agua caída por precipitación, parte se infiltra y recorre sus distintas capas, verticalmente hacia abajo (percolación), dando origen al agua subterránea, que a través del flujo subterráneo, vuelve a ríos, lagos y océanos.

- Movimiento del agua a través del suelo, disuelve sales solubles y las arrastra consigo, produciendo lavado.

- Si movimiento vertical es hacia arriba, se denomina ascenso capilar.

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

� Absorción y entrada del agua hacia interior del suelo

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

Una vez que agua penetra al suelo, se mueve hacia abajo a través del perfil del suelo.

En percolación, agua puede moverse como un frente saturado – por efecto de gravedad.

O, puede moverse como un flujo no saturado debido a fuerzas de capilaridad.

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

P ET

ED

FS

F

R

SFB

�Flujo interior del acuífero

�Flujo base (FB)

�Pérdidas subterráneas (S). Flujo que no aparece en el desagüe:

� Aguas abajo mismo acuífero

� Aguas abajo al mar

� Otro acuífero o formación geológica contiguos o inferiores

Nivel freático

Agua subterránea

� Flujo en lámina libre

� Velocidades mayores

� Posibilidad Re infiltración

� Plantear el principio de Conservación de Masa (Ecuación de continuidad) de agua en una parte del Ciclo Hidrológico, para conocer:

� Flujos en el sistema

� Entradas

� Salidas

� Almacenamientos

� A largo plazo, las variaciones de S

son despreciables frente a la

acumulación de flujo =>

t

SOI

∆∆=−

0OI →−

� Flujos de entrada:� Precipitación P

� Flujos de salida:� Evapotranspiración ET� Flujo en el punto de desagüe:

� Escorrentía superficial ED+FS� Flujo base FB

� Pérdidas subterráneas S

� P – ET – (ED + FS + FB) – S = ∆V/∆t

� Máximo recurso aprovechable = P - ET

Precipitación = escurrimiento + infiltración + evaporación + transpiración + almacenaje

Estratos impermeables

Percolación profunda

Flujo superficial

Océano

Movimiento aguas subterráneas

Nivel freático

Infiltración

Intrusiones salinas

Precipitación en tierra

Evaporación desde tierra

Evaporación

Vegetación

Suelo

EmbalseEvaporación

desde océano

Precipitación sobre océano

Intercepción y

transpiración

En naturaleza existe 1386x106 km3 de agua: pero 97% es agua salada, no utilizable directamente