Fundamentos de hidrología

DEFINICIÓN
“La HIDROLOGÍA es la ciencia
que trata del Agua en la Tierra, su
ocurrencia, circulación y distribución,
sus propiedades físicas y químicas y
su reacción con el medio, incluyendo
su relación con los seres vivos”. (U.S.
Federal Council for Science and
Technology, 1962)


HIDRO: AGUA
LOGIA: ESTUDIO O TRATADO
HIDROLOGÍA: EL ESTUDIO DEL AGUA O DE LAS AGUAS.
Según el ingeniero Chino Ven Te Chow fundador y editor en jefe de
Handbook of Applied Hidrology (1964):
la hidrología es la ciencia que estudia el agua en cuanto a su origen, distribución y
circulación sobre la superficie terrestre, teniendo en cuenta sus propiedades, físicas,
químicas y su relación con el medio ambiente.
Según Dingman (1994):
“La ciencia que se enfoca al ciclo hidrológico global y a los procesos involucrados en la parte
continental de dicho ciclo, es decir, es la geociencia que describe y predice:
Las variaciones espaciales y temporales del agua en las etapas terrestre, oceánica y
atmosférica del sistema hídrico global y;
El movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre, incluyendo los
procesos químicos, físicos y biológicos que tienen lugar a lo largo de su trayectoria”.

DEFINICIÓN
La Hidrología se define como la ciencia que estudia la disponibilidad y la
distribución del agua sobre la tierra. En la actualidad la Hidrología tiene un papel
muy importante en el Planeamiento del uso de los Recursos Hidráulicos, y ha
llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniería que
tienen que ver con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje,
protección contra la acción de ríos y recreación.
De otro lado, la integración de la Hidrología con la Ingeniería de Sistemas ha
conducido al uso imprescindible del computador en el procesamiento de
información existente y en la simulación de ocurrencia de eventos futuros.

OBJETIVOS DE LA HIDROLOGÍA
En general son:
Adquirir los conocimientos teóricos básicos de los fenómenos hidrológicos,
para resolver los problemas que se presenten
Conocer la cantidad, frecuencia y naturaleza de ocurrencia del proceso lluvia
–escurrimiento sobre la superficie terrestre
Determinar eventos de diseño, a partir de los datos hidrológicos de los
diferentes fenómenos hidrológicos que son registrados en las redes de
medición.

APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
Escogencia de fuentes de
abastecimiento de agua para uso
doméstico o industrial.
Estudio y construcción de obras
hidráulicas.
Fijación de dimensiones hidráulicas,
presas y fijación de métodos de
construcción
Drenaje:
Características del nivel freático y
examen de condiciones de alimentación
y escurrimiento natural del nivel freático:
precipitación, hoya de contribución y
nivel de agua de las corrientes.
Irrigación:
Escogencia de agua necesaria y
Estudio de evaporación e infiltración
Regulación de los cursos de agua y
control de inundaciones
Estudio de variaciones de caudal y
previsión de crecientes máximas y
examen de las oscilaciones del nivel de
agua y de las áreas de inundación.

Control de polución
Análisis de capacidad de recepción
de los cuerpos receptores de efluentes
de sistemas de agua de desecho:
caudales mínimos, capacidad de
aireación y velocidad de escurrimiento.
Control de erosión
Análisis de intensidad y frecuencia de
precipitaciones máximas; determinación
de coeficientes de escorrentía
superficial (k= Es / Pt)
Aprovechamiento hidroeléctrico.
Caudales máximos, mínimos y
promedio de cursos de agua para
estudio económico y dimensionamiento
de instalaciones para aprovechamiento.
Estudio de sedimentos para
determinación de embalse muerto.
Estudio de evaporación e infiltración
Estudio de oleaje en embalses.

Navegación
Obtención de datos sobre construcción y mantenimiento de canales navegables.
Operación de
sistemas hidráulicos
complejos.
Recreación y
preservación del medio
ambiente.
Preservación y
desenvolvimiento de la
vida acuática.

DEFINICIÓN
Hidrología Básica:
Estudia los conceptos físicos del ciclo hidrológico, la
disponibilidad y utilización de agua superficial y de agua
subterránea, los métodos de recolección de información
hidrológica y los procedimientos clásicos de procesamiento de
datos estadísticos.
Un capítulo especial de la Hidrología tiene que ver con la
calidad de la información disponible para los estudios y con los
procedimientos que se utilizan cuando se trabaja con
información escasa.

DEFINICIÓN HIDROLOGÍA APLICADA
HIDROLOGÍA APLICADA:
Utiliza la información básica y la
procesa con las necesidades de los
proyectos específicos, empleando las
herramientas de la tecnología moderna.
Es una Ciencia de la Tierra aplicada,
parte de la Hidrología que se estudia en
la ingeniería.
Aplicación práctica de los principios
hidrológicos en la solución de
problemas de ingeniería que surgen
como consecuencia de la explotación
de los recursos hídricos.

HIDROLOGÍA APLICADA:
Busca establecer relaciones
definiendo la variabilidad espacial
(regional o geográfica) y/o temporal
(estacional, anual) del agua, con el
objeto de determinar el riesgo para la
sociedad involucrado en el
dimensionamiento de las estructuras
y sistemas hidráulicos.
Incluye aquellas partes del campo
que atañen al diseño y operación de
proyectos de ingeniería para el
control y aprovechamiento del agua
(hidráulica)

Hidrología Aplicada:
Entre los temas que desarrolla la Hidrología Aplicada están
los siguientes:
H. en cuencas pequeñas con información escasa
Drenaje de aguas lluvias
H. en Proyectos de Riego y Drenaje
H. en Proyectos de Acueducto y Alcantarillado
H. en Proyectos de generación de Energía Hidráulica
Operación de embalses
H. para estudios de aprovechamiento de Aguas Subterráneas
Control de inundaciones.
Estimativo de los volúmenes de sedimentos que pueden afectar el
funcionamiento de las estructuras hidráulicas.

DEFINICIÓN HIDROLOGÍA ESTOCÁSTICA
Hidrología Estocástica
La Hidrología Estocástica es una herramienta muy importante para la
ejecución de los estudios de Hidrología Aplicada.
Utiliza conceptos de Ingeniería de Sistemas y desarrollos propios que se
analizan en gran cantidad de textos que se han publicado dentro de la
denominación de Análisis de Sistemas de Recursos Hidráulicos,
Planeamiento de Recursos Hidráulicos, Investigación de Operaciones, y
Probabilidad y Estadística en Hidrología.
Su principal objetivo es pronosticar, con cierto grado de incertidumbre,
las condiciones hidrológicas que se pueden presentar durante la vida útil
de una obra hidráulica.


Es casi imposible fijar fechas para el nacimiento de la hidrología debido
a que la necesidad del agua es parte del desarrollo de las civilizaciones.
Inicios relacionados con:
las primeras obras de ingeniería para abastecer de agua a las
ciudades y los cultivos:
Los intentos de los primeros filósofos para entender la naturaleza.
A pesar de la simpleza del ciclo del agua, se necesitaron siglos para su
desarrollo;


GRECIA:
Anaxágoras dio una explicación al proceso, intuyo que las lluvias provenían
de la evaporación del agua de mar por el sol.
Teofrasto y el romano Marco Vitruvio basados en las ideas de Anaxágoras,
definieron el ciclo hidrológico.
ASIA:
Una aproximación de medición, con registros de precipitaciones, caída de
nieve y viento, llegando a teoría del ciclo hidrológico (entre 900 – 400 A.C.); por
su poca comunicación con occidente, sus teorías no impactaron
significativamente el conocimiento del resto del mundo.
EDAD MEDIA Y RENACIMIENTO
Sin avances, hasta que Leonardo da Vinci realizó mediciones de velocidades
en diferentes cauces y concluyó que el agua es más rápida en la superficie que
en el fondo.


EN LA ERA MODERNA
Dalton en 1802 describió un principio para la evaporación;
Hagen y Poiseuille en 1839, describieron una teoría para el flujo laminar;
Darcy en 1856 presento su ecuación para el flujo en medios porosos;
Manning (1891) presentó su ecuación para el flujo en canales abiertos;
Hazen en 1914 introdujo el análisis de frecuencia para los máximos de una
creciente;
Horton en 1933 desarrollo una aproximación a la infiltración y en 1945
presentó su descripción de las cuencas de drenaje (índices de Horton)
Gumbely en 1941 propuso la ley de valor extremo para estudios hidrológicos.
Todas estas teorías independientes ayudaron a consolidar la naciente ciencia
de la hidrología hasta que a mediados del siglo XX (70s) alcanzó un
reconocimiento definitivo como disciplina.


DESARROLLO HISTÓRICO DE LA HIDROLOGÍA
En general, puede describirse a través de una serie de períodos; puesto que
traslaparse, su división en el tiempo no debe considerarse exacta.
Chow reconoce 10 periodos:


A) PERIODO DE ESPECULACIÓN (→ 1,400 D.C.)
El concepto del ciclo hidrológico fue especulado
por muchos filósofos, incluyendo a Homero
(≈ 1,000 a.C.), Thales, Platón y Aristóteles
(Grecia); Lucrecio, Céneca y Plinio (Roma), mientras
que la mayoría de sus conceptos eran erróneos,
Marco Mitruvius, en tiempos de Cristo, tuvo una
teoría generalmente aceptada: el agua subterránea
en su mayor parte deriva de lluvia y nieve infiltrada
desde la superficie; considerada el inicio del
concepto moderno de ciclo hidrológico.
Se aprendió mucho de hidrología práctica a través
de grandes obras hidráulicas históricas, como los
antiguos pozos árabes, las obras persas, proyectos
de irrigación de Egipto y Mesopotamia, acueductos
romanos, proyectos de suministro de agua y drenaje
en India y sistemas de irrigación de China.

B) P. DE OBSERVACIÓN (1400 – 1600)
Durante el renacimiento, se percibió un
cambio gradual de los conceptos puramente
filosóficos de hidrología hacia la ciencia
observacional del presente.
Por ejemplo, basado en observaciones, Leonardo
da Vinci y Bernardo Palissy acumularon un
entendimiento correcto del ciclo hidrológico,
especialmente la infiltración de la lluvia y el retorno
del agua por los manantiales.


C) P. DE MEDICIÓN (1600 – 1700)
La hidrología puede considerarse nacida en el
siglo XVII con las mediciones.
Pierre Perrault: midió la lluvia, evaporación y
capilaridad en la cuenca de drenaje del Sena.
Edmé Mariotte: calculó las descargas del Sena en
París
Edmundo Halley: midió la tasa de evaporación y
descarga de los ríos para el estudio del mar
mediterráneo.
A partir de estas mediciones fueron capaces de
delinear conclusiones correctas de los fenómenos
hidrológicos observados.
PIERRE PERRAULT
EDMUND HALLEY


D) P. DE EXPERIMENTACIÓN (1700 – 1800)
Florecen estudios experimentales de hidrología. Como resultado, se obtuvo
mucho en el modo de conducir nuevos descubrimientos y comprensión de
principios hidráulicos.

Ejemplos: piezómetro de
Bernoulli, tubo Pitot, medidor
Woltwan, tubo de Borda, principio de
D’alambert, teorema de Bernoulli y
fórmula de Chezy.
Estos desarrollos aceleraron el
comienzo de los estudios
hidrológicos sobre una base
cuantitativa.

E) P. DE MODERNIZACIÓN (1800 – 1900)
La gran era de la hidrología experimental, iniciada en el período precedente,
se sentaron bases para la hidrología moderna.
La modernización se ve en las contribuciones importantes a la hidrología; la
mayoría, sin embargo, en hidrología subterránea y mediciones de corrientes
superficiales.
En agua subterránea, se aplicó por
primera vez la geología por William Smith,
también se hicieron descubrimientos
básicos: ecuación del flujo capilar de
Hagen-Poiseuille; ley de Darcy del flujo de
agua subterránea, fórmula de pozos de
Dupuit-Thiem, etc.


En evaporación, Dalton reconoció
relación evaporación y presión de
vapor (ley de Dalton). En
precipitación, Miller hizo intento básico
de correlación de precipitación y altitud
y Blodget publicó un libro sobre
distribución de lluvias en USA..
Se fundaron agencias hidrológicas
de U.S.A., como The U.S. Army Corps
of Engineers, The Geological Survey y
The Weather Bureau.

E. P. DE MODERNIZACIÓN (1800 –
1900)
Agua superficial: se impulsó la
hidrometría, con desarrollo de
fórmulas de flujo y aparatos de
medición y nacimiento de medición
sistemática de corrientes.
 Contribuciones sobresalientes:
mediciones de descargas del
Mississipi por Humphrey y Abbot;
publicación de fórmula de descarga en
vertederos de Francis; determinación
del coeficiente de Chezy por Ganguillet
y Kutter; propuesta de fórmula de flujo
de Manning y desarrollo de
correntómetros de Ellis y Price.

F) P. DE EMPIRISMO (1900 – 1930)
La modernización de la hidrología inicia en siglo xix, pero el desarrollo de la
hidrología cuantitativa era todavía inmaduro. La hidrología era todavía
empírica, las bases físicas para la mayoría de las determinaciones hidrológicas
cuantitativas no eran bien conocidas ni habían muchos programas de
investigación de información cuantitativa para hidrólogos e ingenieros para
solución de problemas prácticos.
Durante la última parte del siglo xix y 30 años siguientes, el empirismo se hizo
evidente; por ejemplo, cientos de fórmulas empíricas fueron propuestas y la
selección de sus coeficientes y parámetros dependían principalmente del juicio
y la experiencia.


F) P. DE EMPIRISMO (1900 – 1930)
Aproximaciones empíricas a problemas hidrológicos
fueron insatisfactorias; muchas agencias
gubernamentales impulsaron sus esfuerzos en
investigaciones hidrológicas, y muchas sociedades
técnicas fueron organizadas para avance de la
hidrología.
Las principales agencias del gobierno fundadas en
estados unidos en este período con interés en hidrología
como parte de sus funciones incluyen el BUREAU OF
RECLAMATION, el FOREST SERVICE, el U.S. ARMY
ENGINEERS WATERWAYS EXPERIMENTAL STATION,
ETC.


G) P. DE RACIONALIZACIÓN (1930 – 1950)
Emergieron grandes hidrólogos que usaron
análisis racional en vez del empirismo. En 1932,
Sherman demostó el uso del hidrógrafo unitario
para trasladar el exceso de lluvia en hidrograma
de escorrentía. En 1933, Horton inició la
aproximación más exitosa hasta hoy día en el
problema de determinar el exceso de lluvia sobre
la base de la teoría de la infiltración. En 1935,
Theis introdujo la teoría del no equilibrio para
hidráulica de pozos. En 1941, Gumbel propuso el
uso de la distribución de valores extremos en
análisis de frecuencia de datos hidrológicos; él y
otros muchos revitalizaron el uso de la estadística
en hidrología iniciado por Hazen.


H) PERIODO DE TEORIZACIÓN (1950 HASTA AHORA)
Desde cerca de 1,950 se han usado extensamente los planteamientos
teóricos en problemas de hidrología. Como han sido propuestos muchos
principios hidrológicos racionales, ellos pueden ser ahora sometidos al análisis
matemático. Como se están desarrollando sofisticados instrumentos y
computadoras de alta velocidad, pueden ser ahora empleados' para medir
delicados fenómenos hidrológicos y para resolver complicadas ecuaciones
matemáticas implicadas en la aplicación de teorías hidrológicas.
Ejemplos de estudios hidrológicos teóricos son el análisis lineal y no lineal de
sistemas hidrológicos, la adopción de conceptos no permanentes y estadísticos
en la hidrodinámica del agua subterránea, la aplicación de las teorías de
transferencia de calor y de masa para el análisis de la evaporación, el estudio
de la energía y la dinámica de la humedad del suelo, la generación secuencial
de datos hidrológicos y el uso de la investigación de operaciones en el diseño
de sistemas de fuentes de agua


H) PERIODO DE TEORIZACIÓN (1950 HASTA AHORA)
Con el incremento de la población mundial y el mejoramiento de las
condiciones económicas después de la segunda guerra mundial, ha habido una
necesidad creciente de resolver todo tipo de problemas de agua y así se ha
desarrollado un gran interés por la investigación básica y la educación en
hidrología así como en los recursos de agua. Esto puede verse a través de la
actividad de muchas comisiones en U.S.A. También se desarrollaron
actividades internacionales en recursos de agua e hidrología. En 1959 se
estableció en las naciones unidas un centro de desarrollo de recursos de agua
a fin de promover esfuerzos coordinados para el desarrollo de recursos de agua
entre los países miembros.
Estudios hidrológicos de problemas específicos fueron encargados por
muchas otras organizaciones, incluyendo la Unesco y la FAO.


CLASIFICACIÓN
SEGÚN EL NIVEL DE PREGRADO:
CLASE DESCRIPCIÓN
H. BÁSICA Aprendizaje y aplicación de conocimientos primarios..
H. APLICADA Elaboración de proyectos hidrometeorológicos e hidráulicos.
H. SUBTERRÁNEA Hidráulica de pozos, hidroquímica y modelaje de acuíferos.
H. OPERATIVA Medición e interpretación de datos hidrométricos.
H. AVANZADA
Aplicación de modelos matemáticos y analógicos a las
cuencas.
SEGÚN PONCE Y PALANIAPPAN (1993 – 2006)::
MODO GENERAL
ESCALA TEMPORAL
REGIÓN CLIMÁTICA
REGIÓN ECOLÓGICA
REGIÓN GEOMÓRFICA
METODOLOGÍA DE ESTUDIO
TEMÁTICA
CAMPOS RELACIONADOS

CLASIFICACIÓN GENERAL
HIDROLOGÍA DEL AGUA EN LA
ATMÓSFERA: HIDROMETEOROLOGÍA.
HIDROLOGÍA DEL AGUA EN LOS
MARES Y OCÉANOS: OCEANOGRAFÍA
(ASPECTOS DE MASA Y CIRCULACIÓN).
HIDROLOGÍA DEL AGUA
TERRESTRE:
HIDROLOGÍA DEL AGUA SUPERFICIAL:
POTAMOLOGÍA: AGUA DE CORRIENTES
SUPERFICIALES.
LIMNOLOGÍA: AGUA REPRESADA EN
LAGOS Y CIÉNAGAS.
GLACEOLOGÍA (CRIOLOGÍA): AGUA COMO
MASAS DE NIEVE Y HIELO.
HIDROLOGÍA DE AGUA
SUBSUPERFICIAL:
HIDROLOGÍA DE AGUA
SUBTERRÁNEA O DE NIVEL FREÁTICO
– FREATOLOGÍA (AGUA DE LA ZONA
DE SATURACIÓN):
HIDROGEOLOGÍA
GEOHIDROLOGÍA
HIDROLOGÍA DE LA ZONA DE
AIREACIÓN O ZONA VADOSA (AGUA
DE LA HUMEDAD DEL SUELO).

CLASIFICACIÓN
TEMPORAL
H. DE AVENIDAS.
H. DE SEQUÍAS.
H. DE RENDIMIENTO DE
CUENCAS.
H. DE FLUJO DE BASE.
H. DE FLUJOS PEQUEÑOS
H. DE ZONAS ÁRIDAS Y
SEMIÁRIDAS
H. TROPICAL
H. NÓRDICA
H. POLAR
 POR REGIONES
CLIMÁTICAS

POR REGIONES
ECOLÓGICAS
H. DE BOSQUES.
H. DE PRADERAS.
H. DE TIERRAS SILVESTRES.
H. AGRÍCOLA.
H. URBANA.
H. DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS.
H. DE ZONAS NEVADAS.
H. DE ZONAS MONTAÑOSAS/ÁREAS
VOLCÁNICAS.
H. DE PIEDEMONTE.
H. DE ZONAS CÁRSTICAS.
H. DE CONOS ALUVIALES.
H. DE LLANURAS INUNDABLES.
H. DE CORRIENTES DE AGUA.
H. DE LAGOS.
H. DE HUMEDALES.
H. DE ZONAS DE SUELOS
ORGÁNICOS.
H. DE COSTAS Y DELTAS.
H. DE ESTUARIOS.
H. GLOBAL.
H. DE HOYOS EN LAS PRADERAS.
 POR REGIONES O
ZONAS GEOMÓRFICAS

POR METODOLOGÍA
H. Determinística.
H. Estocástica.
H. Estadística.
H. Paramétrica.
H. Conceptual.
H. Analítica.
H. Numérica.
H. Teórica.
H. Aplicada.
H. Experimental
H. Científica.
H. Para ingenieros
H. Computacional
H. Sintética.
H. Cinemática.
H. Dinámica.
H. Física.
H. Espacial.
H. De sistemas.
H. De campo.
H. Operacional.
H.A en línea.
H. Descriptiva:
Hidrografía.
Hidrometría:
Medición de
parámetros
hidrológicos.
H. Ambiental.
H. De calidad del agua.
H. De contaminantes.
H. De drenaje.
H. De minas.
H. De embalses.
H. De caminos y puentes.
H. De navegación.
H. Nuclear.
H. Militar.
H. Económica.
H. Socioeconómica.
H. Histórica.
H. Arqueológica.
H. Médica.
H. Política.
H. Forense.
 POR TÓPICOS

CAMPOS
RELACIONADOS
Ecohidrología.
Paleohidrología.
Hidrometeorología.
Hidroclimatología.
Hidrogeología.
Hidrosedimentología.
Hidroarqueología.
Hidroquímica.
Hidrobiología.
Hidroecología.
Hidrogeografía.
Geomorfología fluvial
Potamología.
Legislación de aguas.
Hidrometeorología: las fases
atmosféricas y terrestres del ciclo
hidrológico, en especial sus relaciones de
influencia.
Meteorología: los fenómenos
atmosféricos y sus componentes en
función del tiempo.
Climatología: las propiedades
estadísticas de la atmósfera a largo plazo.
Geología: la constitución de la tierra y
sus fenómenos desde que quedó
completamente consolidada hasta nuestros
días.
Oceanografía: profundidad y naturaleza
del fondo de mares y océanos, y
propiedades físicas y químicas de sus
aguas.
CIENCIAS AUXILIARES

CIENCIAS AUXILIARES DE LA HIDROLOGÍA
Gran parte del conocimiento de la hidrología se debe también a los:
Agrónomos.
Ingenieros forestales.
Meteorólogos.
Geólogos.
Otros profesionales de diversas disciplinas.
No existen límites claro de separación entre la hidrología y otras disciplinas
de las ciencias de la tierra. Tampoco tiene sentido tratar de definirlos
rígidamente.

HIDROLOGÍA SUPERFICIAL
El estudio de la hidrología de las aguas superficiales puede dividirse en tres
partes:
1. Estudio de los procesos
2. El análisis hidrológico
3. El diseño hidrológico

1. PROCESOS HIDROLÓGICOS
Descripción de los principios que
rigen los fenómenos hidrológicos.
Visualización del sistema
hidrológico como un volumen de
control generalizado.
Empleo del teorema de transporte de
Reynolds (o ecuación de volumen de control
general) de la mecánica de fluidos para
aplicar las leyes físicas que rigen la masa, el
momentum (cantidad de movimiento) y la
energía en el flujo de las aguas atmosférica,
superficial y subsuperficial.
Mediciones hidrológicas
(recolección de datos):
Necesidad de disponer de datos
básicos adecuados.
Las características complejas de los
procesos naturales que tienen relación
con los fenómenos hidrológicos hacen
difícil el tratamiento de muchos de los
procesos hidrológicos mediante un
razonamiento lógico deductivo riguroso:
No siempre es posible partir de una ley básica y
determinar con base en ésta el resultado hidrológico
buscado. En su lugar, es necesario partir de un
conjunto de hechos observados, analizarlos, y con este
análisis establecer las normas sistemáticas que
gobiernan tales hechos

1. PROCESOS HIDROLÓGICOS
El hidrólogo se encuentra en una
difícil posición cuando no cuenta
con los datos históricos adecuados
para el área particular del problema:
Falta o inexistencia de datos
hidrológicos adecuados que permitan la
obtención de parámetros estadísticos
fidedignos, puede acarrear dificultades
en diseño y operación de obras
hidráulicas.
Cada problema hidrológico es
diferente: no deben transferirse
directamente las conclusiones de una
cuenca a otra sin antes utilizar
procedimientos que permitan validarla
de forma bastante aproximada (labor del
hidrólogo).
La mayoría de los países
disponen de una o más agencias
gubernamentales con la
responsabilidad de la recolección
de los datos hidrológicos.
Es necesario conocer:
 La forma como estos datos son
recolectados y publicados.
 Las limitaciones de precisión que estos
datos tienen.
 Los métodos propios para interpretar y
ajustar estos datos.

2. ANÁLISIS HIDROLÓGICO
Utilización de métodos
computacionales para tareas
específicas:
Modelado del proceso lluvia-escorrentía.
Tránsito de caudales (avenidas):
Atención al tema del tránsito de crecientes
utilizando el método de la onda dinámica donde
herramientas computacionales estandarizadas
hacen posible la aplicación general de este
método.
Análisis de eventos extremos:
Problemas típicos de hidrología implican:
A) Cálculo de extremos que no se observan en
una muestra de datos de corta duración.
B) Determinación de las características
hidrológicas en lugares donde no se ha llevado a
cabo un registro de datos (lugares que resultan
mucho más numerosos que aquellos donde se
dispone de datos).
C) Cálculo de la acción humana sobre las
características hidrológicas de un área.
Secuencia de temas presentados en la
forma en que los análisis tratan la
variabilidad en el espacio y en el tiempo y la
aleatoriedad del comportamiento del
sistema hidrológico.

3. DISEÑO HIDROLÓGICO
Se centra en el estudio de:
Los riesgos inherentes del diseño
hidrológico.
La selección de tormentas de diseño y de la
precipitación máxima probable.
El cálculo de crecientes de diseño (para
varios tipos de problemas):
Alcantarillado de aguas de lluvias.
Estructuras para el control de crecientes.
Estructuras para el embalse y suministro de
agua.
Una tormenta de diseño es un patrón de
precipitación definido para utilizarse en el diseño
de un sistema hidrológico. Usualmente la
tormenta de diseño conforma la entrada al
sistema, y los caudales resultantes a través de
éste se calculan utilizando procedimientos de
lluvia-escorrentía y tránsito de caudales.

CUENCAS: DEFINICIÓN
CUENCA HIDROGRÁFICA
La Cuenca Hidrográfica es una
zona de la superficie terrestre definida
topográficamente en donde las gotas
de lluvia que caen sobre ella tienden a
ser drenadas, por uno o varios cursos
de agua interconectados entre sí,
hacia un único punto de salida.
Las Cuencas hidrológicas: son
unidades morfológicas integrales, que
además de incluir las cuencas
hidrográficas, abarcan la estructura
subterránea de los acuíferos.
Entiéndase por cuenca u hoya
hidrográfica el área de aguas
superficiales o subterráneas, que
vierten a una red natural con uno o
varios cauces naturales, de caudal
continuo o intermitente, que confluyen
en un curso mayor que, a su vez,
puede desembocar en un río principal,
en un depósito natural de aguas, en un
pantano o directamente en el mar.
Artículo 1°, DECRETO 1729 DE 2002. Por el
cual se reglamenta la Parte XIII, Título 2,
Capítulo III del Decreto-ley 2811 de 1974 sobre
cuencas hidrográficas, parcialmente el numeral
12 del artículo 5° de la Ley 99 de 1993 y se
dictan otras disposiciones

CUENCAS
En Hidrología es necesario tener en cuenta, además del concepto
fundamental del ciclo hidrológico, al estudio de la región en donde éste sucede.
El ciclo hidrológico, respecto a un
área específica, se puede simplificar
como un estímulo (principalmente
como precipitación). Ante el
estímulo, el área de estudio
responde mediante el escurrimiento
(o caudal) en su salida. Entre el
estímulo y la respuesta ocurren
varios fenómenos que condicionan
la relación entre uno y otra, y que
están controlados por las
características geomorfológicas de
esta área.

CUENCAS
El estudio sistemático de sus parámetros físicos es de gran utilidad práctica
en la Hidrología, con base en ellos se puede lograr una transferencia de
información de un sitio a otro, donde pudiera existir poca información (datos
incompletos, carencia total de información de registros hidrológicos), si se
estableciera que existe cierta semejanza geomorfológica y climática.
En la definición del límite y
características de una Cuenca es
importante el estudio de la topografía,
uso del suelo y la permeabilidad, por lo
tanto se recomienda contar con planos
en escalas de 1:25.000 a 1:100.000,
dependiendo de los objetivos del
estudio y del tamaño de la Cuenca..

CUENCAS
Aun con dos cuencas en condiciones climáticas similares, los regímenes de
escorrentía superficial podrán ser diferentes, dadas sus características físicas.
Por ejemplo, suponiendo igual cobertura vegetal y tipo de suelo (permeabilidad),
si en una de ellas predominan pendientes pronunciadas, la producción de
caudal superficial en precipitaciones será más violenta que en la segunda.
Aunque resulta evidente que
factores como el tipo de suelo
y el espesor de la capa
permeable ejercen un gran
efecto sobre el régimen de
flujo, la morfología juega un
papel importante en la
respuesta de la Cuenca
Hidrográfica a las
precipitaciones.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS
CUENCAS
DIVISORIA DE AGUAS.
Línea imaginaria que separa las precipitaciones que caen en cuencas
vecinas, y que encaminan la escorrentía resultante para una u otra cuenca. En
general sigue una línea que une los puntos de máxima cota entre cuencas,
atravesando al curso de agua que define a la cuenca en delimitación solamente
en el punto de salida de ésta. También llamada parteaguas o Divortium
aquarum (termino legal cuando se usa una divisoria como frontera política).
Esta definición es quizá el paso más
importante en estudios hidrológicos, por
tanto, es importante considerar cuáles serían
las rutas posibles de escurrimiento del agua
de los puntos de mayor elevación hasta el
punto de desemboque. Actualmente hay
programas informáticos que permiten definir
las rutas de escurrimiento del agua.

CUENCAS
CUENCA HIDROGRÁFICA
REGIÓN NATURAL EN LA QUE
TODAS LAS AGUAS SON
RECOGIDAS Y EVACUADAS POR UN
COLECTOR COMÚN, DE TAL FORMA
QUE TODA EL AGUA QUE CAE EN
ELLA ES DRENADA POR EL MISMO
PUNTO.
Puede tener una corriente principal a
la que llegan cauces más pequeños,
como las quebradas, en este caso se
habla de subcuencas.
Si la extensión de la subcuenca es
de pocas hectáreas (menos de 10 km2)
se denomina microcuenca.
La unión de varias cuencas
principales se denomina hoya o
cuenca principal y la agrupación de
cuencas principales es una vertiente.

CUENCAS
Divisoria de aguas
topográfica: el relieve define
para donde escurren las
aguas superficiales (cuenca).
Divisoria de aguas freática:
Define hacia donde escurren
las aguas subterráneas.
Si la divisoria freática no
coincide con la topográfica,
las aguas subterráneas
pueden fluir hacia una
cuenca diferente de las
superficiales .

CUENCAS
Es complejo determinar hacia
donde corren las aguas
subterráneas, requiere red
freatimétrica (perforar pozos
siguiendo una cuadrícula, para con
base en la altura del agua
subterránea de cada pozo, construir
un mapa de alturas del agua freática
o subterránea), por lo que en la
mayoría de los trabajos se supone
que las divisorias coinciden.

CUENCAS
ÁREA DE DRENAJE (A).
Área plana, o en proyección horizontal, delimitada por la divisoria. En
referencia a la figura anterior, el área de la cuenca estaría definida por el
polígono cerrado dibujado en línea segmentada, pudiendo ser calculada en
función de las coordenadas (N, E) de sus vértices o por aproximación del área a
figuras geométricas conocidas.
El área es el parámetro más
importante para determinación de
parámetros hidrológicos, por la
relación directa entre magnitud del
área y magnitud de volúmenes
generados (caudales) por la
precipitación..

CUENCAS
PERÍMETRO (P)
Corresponde a la longitud del polígono que define los límites de la cuenca y
depende de la superficie y forma de ésta.
LONGITUD (L).
Antes de definir Longitud es importante definir como Cauce Principal de la
Cuenca Hidrográfica a aquél que pasa por el punto de salida de la misma y el
cual recibe el aporte de otros cauces, de menor envergadura y que son
denominados tributarios.
De esta forma, la Longitud de la cuenca
(L) queda definida como la distancia
horizontal, medida a lo largo del cauce
principal, entre el Punto de Salida de la
Cuenca (desde el cual queda definida) y el
límite definido para la cuenca.

CUENCAS
Dado que en general el cauce principal no se extiende hasta el límite de la
cuenca, es necesario suponer un trazado desde la cabecera del cauce hasta el
límite de la cuenca, siguiendo el camino más probable para el recorrido del
agua precipitada. La Longitud del Cauce (Lc) queda definida por la longitud del
cauce principal, desde el punto de salida hasta su cabecera:
El Perímetro y la Longitud, por sí
solos, no ofrecen mayor información, al
menos desde el punto de vista de
producción; estos parámetros son más
útiles en la definición de coeficientes
relacionados con la forma de la
Cuenca los cuales si permiten inferir
cuál será su respuesta ante
determinadas condiciones de
precipitación.

CUENCAS
La corriente principal suele ser definida como el curso con mayor caudal de
agua o con mayor longitud o mayor área de drenaje. La mayoría de cuencas
presentan una corriente principal bien definida desde la desembocadura hasta
cerca de la divisoria de aguas.
En el curso se distinguen
tres partes:
El curso superior, ubicado en lo
más elevado del relieve.
El curso medio, en donde el río
empieza a zigzaguear,
ensanchando el valle.
El curso inferior, en las partes
más bajas de la cuenca. Allí, el
caudal pierde fuerza y los
materiales sólidos que lleva se
sedimentan, formando las llanuras
aluviales

CUENCAS
PARTES DE LA CUENCA
Cuenca alta: La zona donde nace la corriente, la cual se desplaza por una
gran pendiente
Cuenca media: Es la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el
material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale.
Visiblemente no hay erosión.
 Cuenca baja: El material extraído de la parte alta se deposita en lo que se
llama cono de deyección

CUENCAS
PARTES DE LA CUENCA
Otros términos importantes a distinguir en una corriente son:
Cauce. Conducto descubierto o acequia por donde corren las aguas superficiales.
Margen derecha. Mirando río abajo, la margen que se encuentra a la derecha.
Margen izquierda. Mirando río abajo, la margen que se encuentra a la izquierda.
Aguas abajo. Se dice que un punto esta aguas abajo, si se sitúa después del sentido de la
corriente.
Aguas arriba. Es el contrario de la definición anterior.
LOS AFLUENTES
Son las corrientes secundarias que desaguan en la principal. Cada afluente
tiene su respectiva cuenca, denominada Subcuenca o Microcuenca

CUENCAS
LOS AFLUENTES
Si la extensión de la subcuenca es de pocas hectáreas
(menos de 10 km2) se suele hablar de microcuenca.
La unión de varias cuencas principales se denomina
hoya o cuenca principal y la agrupación de cuencas
principales es una vertiente.
EL RELIEVE DE LA CUENCA
El relieve de una cuenca consta de los valles principales y secundarios, con
las formas de relieve mayores y menores y la red fluvial que conforma una
cuenca. Está formado por las montañas y sus flancos; por las quebradas o
torrentes, valles y mesetas.

CARACTERÍSTICAS DE LA RED
DE DRENAJE
Toda cuenca hidrográfica puede suponerse dividida en tres partes geográficas:
CUENCA DE RECEPCIÓN: Parte alta, recibe mayor proporción de agua
(lluvia, neblina, etc.). Se encuentran mayoría de afloramientos que originan
quebradas y ríos. Sufre erosión natural (arrastre de sedimentos) y antrópica
(práctica agropecuaria no conservacionista).
GARGANTA O CANAL DE DESAGÜE:
Curso de agua que recorre un valle, con
vertientes a lado y lado. El cauce sufre
erosión y sedimentación, todo definido por
la dinámica de la corriente. Depende de:
Pendiente del cauce,
Tipo de suelo sobre el que transcurre,
Caudal de agua transportado
Arrastre o no de sedimentos.

CARACTERÍSTICAS DE LA RED
DE DRENAJE
LECHO O CONO DE DEYECCIÓN: Parte final de la cuenca. Baja pendiente
del cauce. Corriente lenta, favorece deposito de sedimentos arrastrados desde
cuenca de recepción y canal de desagüe. La forma que tome la corriente
dependerá de la pendiente y del tipo de suelo, pudiéndose presentar cauce único
o un delta (corriente dividida en brazos y con forma triangular.
En la mayoría de cuencas pequeñas y
medianas, se distingue claramente la
cuenca de recepción (nacimiento) y canal
de desagüe; el cono de deyección casi
siempre se presenta solo en cuencas
principales o en los grandes ríos.

*
Independientemente de si la cuenca cuenta con las partes geográficas antes
explicadas, siempre está compuesta por dos elementos que la definen:
TALWEG: El canal natural por el cual circula el agua,
procede del alemán («camino del valle»), y es la línea
que une los puntos de menor altura en un valle o en el
cauce de un río y donde la corriente, si la hay, es más
rápida. Debido a esto, casi siempre el cauce representa
la unión de los puntos más bajos del terreno, razón por
la cual el agua busca este camino para ser evacuada.
VERTIENTES: Superficies receptoras de agua, su
área va desde el talweg hasta la divisoria de aguas. Por
ser las zonas que captan el agua que va a fluir hacia el
cauce, son susceptibles a erosión si no cuentan con la
suficiente protección.

CUENCAS
PENDIENTE:
Es un factor importante para definir el momentum de una avenida de agua y
el momentum a su vez refleja la magnitud de la avenida.
Para la pendiente se debe analizar el
canal principal y los secundarios. Las
cuencas de mayor pendiente tienen una
respuesta más rápida que las cuencas
de menor pendiente.
ALTITUD: Las diferencias de
elevación influyen sobre los niveles de
precipitación e intensidad de lluvia, así
como la temperatura y la disponibilidad
de agua.

CUENCAS
CURVA HIPSOMÉTRICA:
Es la representación gráfica del relieve de una cuenca, indica la proporción
de superficie con relación a la altitud o la superficie de la cuenca en Km2 que
existe por encima de una cota Se obtiene graficando el valor de la cota (altitud)
en las ordenadas y el porcentaje del área acumulada en las abscisas.
Una concavidad hacia arriba
indica cuencas con valles extensos y
cumbres escarpadas, y contrario
indicaría valles profundos y sabanas
planas.

CUENCAS
FORMA DE LA CUENCA:
Está determinada por la forma del canal principal con respecto a la longitud
de los canales tributarios:
ALARGADA: LCANAL PPAL > LCANAL TRIBUTARIO
ABANICO: LCANAL PPAL CASI = LCANAL TRIBUTARIO
ANCHA: LCANAL PPAL < LCANAL TRIBUTARIO

PROPIEDADES DE LA CUENCA
DRENAJE DENDRÍTICO:
Talwegs agrupados como un árbol.
Suelos homogéneos de textura fina
(arcillosos u orgánicos) o con estrato
rocoso superficial. Permeabilidad
baja al tener pocos macroporos, el
agua atraviesa lentamente el suelo.
DRENAJE SUBDENDRÍTICO.
• Este tipo de drenaje es muy
similar al anterior, con la
particularidad que los diferentes
talwegs o cauces tienen una
conformación casi paralela.
DRENAJE PARALELO
• Cauces con conformación
paralela, desaguando en lugares
diferentes. Predominan en suelos
de textura gruesa (arenosos) y
pendiente uniforme.
DRENAJE SUBPARALELO
• Similar al anterior pero los cauces
desaguan en un colector común.
DRENAJE RADIAL
• Cauces parten de un lugar
común y se van separando en
forma radial. Normalmente
presente en formaciones
cónicas tipo cerro o volcán.
Dependiendo de la forma de el o los
talweg, se puede hablar de patrones de
drenaje, entendidos como la forma que
tiene el o los cauces encargados de
drenar o extraer el agua de los terrenos
circundantes (vertientes). Con base en
la forma tenemos:

Si un cauce de orden menor desemboca en uno
de orden mayor, el orden del cauce resultante
será el mismo que tenía el mayor, por ejemplo un
cauce de orden 3 desemboca en uno de orden 4,
el orden resultante será 4.
CLASIFICACIÓN DE HORTON
Para evitar la clasificación por forma, por lo complejo de escoger una
concreta, se definieron índices numéricos. El más usado es el de Horton:
CAUCES DE 1ER ORDEN: No reciben agua de otro tributario, sino
directamente del escurrimiento, son los cauces más pequeños y algunos solo
fluyen en época de lluvias. Podrían tomarse como los afloramientos o
nacimientos.
DE 2DO ORDEN: Unión de dos de 1er orden.
DE 3ER ORDEN: Unión de dos de 2do orden .

CUENCAS
FORMA DEL SISTEMA DE DRENAJE:
Relacionada con la forma de la cuenca. Un sistema alargado presenta, en
algunos casos, el doble del caudal que un sistema ancho. El factor de forma se
denota con la forma k.
UNA CUENCA CON UN FACTOR DE FORMA
BAJO ESTÁ MENOS SUJETA A CRECIDAS,
QUE UNA DE LA MISMA ÁREA PERO CON
MAYOR FACTOR DE FORMA.
IA (ÍNDICE DE ALARGAMIENTO) = 4,6
CUENCAALARGADA
Kf = 1,3 CUENCAANCHA
Kf= A / L2
L: Longitud de la curva en Km.
A: Área de drenaje, en Km2.
Kf: Factor de forma

DENSIDAD Y ESTRUCTURAS DE DRENAJE:
Densidad de drenaje: es la relación entre el número de cursos de agua en la
cuenca y su área de drenaje.
Estructura de drenaje: es la forma interna de esta red.
Cuencas con suelos impermeables o arcillosos, presentan una mayor
densidad que aquellas con suelos permeables o arenosos.
D = ∑ Li / A
Li: Longitud de una corriente (i) cualquiera, en km
A: Área total de la cuenca, en km2.
D: Densidad de drenaje, en km/ km2.


COBERTURA VEGETAL Y USO DE
LA TIERRA: Las actividades humanas
cambian las características de la
superficie de la cuenca y por lo tanto
su respuesta hidrológica.
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE:
Determina la velocidad del agua en la
superficie del terreno y esta a su vez
tiene importancia fundamental en la
determinación de caudales:
Formula de continuidad: Q = V . A

CUENCAS HIDROGRÁFICAS
Colombia tiene características
hidrológicas muy particulares como
una precipitación promedia anual es
de 3000 mm, lo que se puede
representar como un volumen total
anual de 3425 km3.
De este volumen se estima que el
61% se convierte en escorrentía, lo
que genera un volumen anual de
2113 km3, esto puede generar un
caudal promedio de 58 l/s.

AFECTACIÓN DE LA HIDROLOGÍA
DE LAS CUENCAS
FACTORES QUE AFECTAN LA HIDROLOGÍA DE LA CUENCA
EL SUELO: Responsable de la acumulación de agua en el sistema
hidrológico, básicamente en los microporos,
Microporos: espacios de menos de 2 mm de diámetro al interior de los peds (unidades
estructurales del suelo). El almacenamiento depende de la textura (proporción de arena, limo
y arcilla). Suelos arcillosos tienen más microporos que los arenosos y almacenan más agua.
Macroporos: diámetro mayor de 2 mm, formados por la estructura del suelo (generados
por la separación entre unidades estructurales). O por macroorganismos (lombrices,
hormigas, raíces de árboles).
Macroporos y microporos definen la porosidad del suelo, microporos almacenan agua,
macroporos permiten su paso a través del perfil del suelo (generan la infiltración).
INFILTRACIÓN: Condicionada por infiltración básica; el máximo valor que
pueden transportar los macroporos en condiciones saturadas (cuando macro y
microporos estén llenos de agua).

AFECTACIÓN DE LA HIDROLOGÍA
DE LAS CUENCAS
IMPORTANCIA DE MACROPOROS: Cuando el aporte de agua al suelo,
excede el valor de infiltración básica, se genera un exceso que no puede ser
manejado por los macroporos , se queda en la superficie y comienza a escurrir
por la pendiente (escorrentía superficial).
RELIEVE Y TOPOGRAFÍA: Su interacción define el tipo de suelo que se
forma en una región y por tanto el comportamiento interno del mismo
(almacenamiento y transporte) al interactuar con el agua; la inclinación de los
perfiles favorece la escorrentía, al no darle tiempo al agua para infiltrarse.
VEGETACIÓN: Genera la transpiración, la mayor pérdida de agua. Afecta la
hidrología indirectamente al cambiar las condiciones naturales del suelo:
Aporte constante de materia orgánica con propiedades cementantes,
Favorece la formación de estructuras más estables y por tanto el incremento de
macroporos y microporos.
Las raíces al penetrar en el suelo y luego morir, generan galerías que se
comportan como macroporos.

CLASIFICACIÓN
TAMAÑO GEOGRÁFICO: Grandes, medianas o pequeñas. Los conceptos
de pequeñas cuencas o microcuencas, pueden ser muy relativos cuando se
desarrollen acciones, se recomienda utilizar criterios conjuntos de comunidades
o unidades territoriales manejables desde el punto de vista hidrográfico.
ECOSISTEMA: Según el medio o el ecosistema en la que se encuentran,
establecen una condición natural; cuencas áridas, cuencas tropicales, cuencas
húmedas y cuencas frías.
OBJETIVO: Por su vocación, capacidad natural de sus recursos, objetivos y
características. Pueden ser: hidroenergéticas, para agua poblacional, agua para
riego, agua para navegación, ganaderas y de uso múltiple.
RELIEVE: Considerando el relieve y accidentes del terreno, pueden ser
planas, de alta montaña, cuencas accidentadas o quebradas.

CLASIFICACIÓN
DIRECCIÓN DE LA EVACUACIÓN DE LAS AGUAS:
Exorreicas: Llevan sus aguas al mar o al océano, como el Amazonas o el
Magdalena en Colombia.
Endorreicas: Desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente.
Por ejemplo, la cuenca de la laguna de Tota.
Arreicas: Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno, son características
de cuencas áridas o desiertos.
FUNCIONES
Los procesos de los ecosistemas que describen el intercambio de materia y
flujo de energía a través de la vinculación de los elementos estructurales del
ecosistema pueden ser vistos como un sistema: dentro de la cuenca, se tienen
los componentes hidrológicos, ecológicos, ambientales y socioeconómicos.

FUNCIONES
AMBIENTAL: Constituyen sumideros de
co2./ Alberga bancos de germoplasma /
regula recarga hídrica y los ciclos
biogeoquímicos / conserva la
biodiversidad / mantiene la integridad y la
diversidad de los suelos.
HIDROLÓGICA: Captación de agua de
ldiferentes fuentes de precipitación para
formar el escurrimiento de manantiales,
ríos y arroyos./ Almacenamiento del agua
en diferentes formas y tiempos de
duración. / Descarga de agua como
escurrimiento.
ECOLÓGICA: Provee sitios y rutas en los
que se llevan a cabo interacciones entre
características de calidad fisicoquímica
del agua / hábitat para flora y fauna
(elementos biológicos del ecosistema), e
interactúan con características físicas y
biológicas del agua.
SOCIOECONÓMICA: Suministra recursos
naturales para el desarrollo de actividades
productivas que dan sustento a la población.
Provee de un espacio para el desarrollo social
y cultural de la sociedad.


CUENCA HIDROGRÁFICA: Es un sistema, una unidad espacial en la cual
interactúan un conjunto de componentes físicos, bióticos, sociales, económicos,
y el hombre como actor principal, donde se investigan los procesos e
interacciones que se dan. Las interacciones permiten tener
conocimiento para modelar, controlar el
sistema y satisfacer demandas de la
comunidad, las cuales deben adelantarse
bajo la teoría general de sistemas, ya que
integra cada una de las partes hasta
alcanzar una totalidad, construyendo,
discutiendo, analizando y explicando las
relaciones generales del mundo empírico
y ofrece un ambiente adecuado para la
interrelación y comunicación entre
especialistas y especialidades.


COMPONENTES: Los elementos o factores del entorno natural no se pueden
excluir, todos actúan en forma integral en el balance de la naturaleza, siendo la
cuenca un sistema abierto, interactuando con su medio e importando energía,
transformando de alguna forma esa energía y finalmente exportando la energía
convertida.
Desastres naturales y
acciones antrópicas alteran
ecosistemas; cualquier
alteración en las partes altas
afecta las bajas, por lo que la
cuenca debe verse de forma
holística como sistema
integrado, cualquier
alteración puede afectar
relaciones interiores y
exteriores.


Mala gestión de la tierra, malas prácticas agrícolas, pastoreo excesivo,
deforestación, inapropiada ubicación de urbanizaciones e inadecuada reducción
de contaminación en cabeceras de cuencas, se manifiestan en la parte baja en
situaciones extremas como:
Disponibilidad y calidad del suministro de agua,
Mayor vulnerabilidad de la población,
Diferentes objetivos económicos,
Vulnerabilidad a los desastres naturales,
Reducción de la capacidad de generación de agua pura a cursos de agua sedimentados,
Daño de otros ecosistemas existentes en la cuenca.
Decisiones sobre recursos a invertirse en manejo de cabeceras de las
cuencas deben tener en cuenta los servicios ambientales prestados a
beneficiarios en las cuencas bajas.
Desastres naturales y acciones antrópicas demuestran nexo entre pobreza,
degradación ambiental y vulnerabilidad a desastres naturales, que resulta en

LA CUENCA
Manejo correcto de cuencas hidrográficas (protección de parques,
reforestación, agricultura y silvicultura sostenibles) vital para protección de
comunidades, subsistencia, tierras agrícolas.
Es necesario ver la cuenca hidrográfica como unidad de planificación que
guíe decisiones políticas hacia estudios e investigaciones integrados de los
diferentes profesionales que entran a hacer parte de un estudio.
Cuencas hidrográficas, por ser la unidad física donde ocurren los procesos
naturales, son la unidad natural y lógica para desarrollo agrícola, ambiental y
socioeconómico.

LA CUENCA
La cuenca como unidad, tiene características geográficas, físicas y biológicas
similares, que la hacen funcionar como ecosistema, por ello se considera que
son la mejor unidad geográfica para la planeación del desarrollo regional
Con crecimiento demográfico, de urbanización, industrialización y alimentos,
las acciones antrópicas ya no se limitan a zonas pequeñas ni a una comunidad
en particular; debe examinarse en contexto mayor, por lo que se requiere, el
conocimiento de todos sus elementos y sus interrelaciones como también los
estudios se deben realizar de una manera integral.

CUENCA Y ECOSISTEMAS
ESTRATÉGICOS
ECOSISTEMAS ESTRATÉGICOS: Partes diferenciables del territorio donde
se concentran funciones naturales de las cuales dependen bienes y servicios
ecológicos vitales para el mantenimiento de la sociedad y de la naturaleza.
Cuenca hidrográfica, componente vital de recursos naturales (agua, clima,
suelos, fauna, flora, paisaje, espacio, accesibilidad) para asentamientos
poblacionales presentes
Desde el enfoque de sistemas, permite evaluar la manera en que el
funcionamiento, arquitectura y productividad de ecosistemas proporcionan estos
recursos.

CUENCA Y ECOSISTEMAS
ESTRATÉGICOS
El ecosistema según Gastón: unidad ecológica básica, resultado de
integración e interdependencia ordenada de elementos vivos e inertes de la
naturaleza, que buscan un equilibrio natural y se convierten en la máxima
expresión de unidad comprensiva de naturaleza cuando se expresa como una
representación “isomórfica” en donde se puede ordenar espacialmente los
recursos a través de arquitecturas o arreglos “morfológicos” y funcionamientos
tipológicamente estructurados como zonas de vida, como unidades taxonómico
espaciales.


Además de modelo explicativo
de la naturaleza, el ecosistema
es un bien ambiental y un
satisfactor de necesidades
básicas en bienes y servicios.
•Unidades estructurales y funcionales de
la naturaleza, conformadas por
conjuntos de organismos que
interactúan entre sí y con el entorno
físico o hábitat, a través de intercambios
de materia, energía e información. Los
principales tipos de ecosistemas
terrestres colombianos son diferentes
clases de selvas, bosques, sabanas,
xerófitas y páramos tropicales”.
ECOSISTEMAS


El bienestar de la población depende de la oferta
natural del territorio, de la disponibilidad del
recurso hídrico y en la función de las áreas
naturales y de la capacidad de los ecosistemas de
proveer bienes y servicios ambientales
(disponibilidad y regulación hídrica, regulación
climática, paisaje, recreación, ecoturismo,
polinización de cultivos, maderas y fibras, etc.).
Los ecosistemas son importantes para la sociedad
pues le prestan una serie de servicios directos
además de cumplir sus funciones ecológicas (flujos
de energía, ciclos de la materia y transferencias de
información).


Bienes y servicios de ecosistemas según Márquez (1997):
Satisfacción de necesidades básicas: agua y aire (ayuda a regular
actividades naturales); suelo que provee alimentos
Productividad: calidad de suelos y climas permiten productividad
óptima. Los ciclos climáticos son indispensables, armonizan procesos
productivos que al ser alterados amenazan el bienestar social.
Equilibrio natural. Garantizan la regulación de ciclos hidrológicos y
climáticos, para poder programar los cultivos.
Asimilación de desechos. Algunos hacen de vertedero como la
atmósfera que recibe gases.
Relaciones sociales. Son el ámbito donde se desempeña la vida de la
sociedad. Son vistos como elementos culturales y simbólicos.
Prevención de riesgos. Vegetación fundamental en soporte y
estabilización de taludes y evita agua en exceso al suelo, regula impacto
de inundación, vendaval, huracán e incluso terremotos.
Recursos naturales.
Estos servicios ambientales,
importantes para la sociedad
disminuyen por deforestación de las
áreas de captación y bosques de
ribera, contaminación física y
química de cauces fluviales, y aguas
subterráneas, introducción de
especies exóticas para reforestación
y piscicultura, reducción de los
caudales ecológicos en cursos
fluviales, sobreexplotación de
acuíferos subterráneos, etc.

CICLO HIDROLÓGICO
Secuencia de fenómenos por las que el agua pasa de la superficie terrestre,
en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La
transferencia de agua desde el suelo hacia la atmósfera, en forma de vapor de
agua, se debe a evaporación directa, a transpiración por plantas y animales y
por sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua).
Concepto fundamental en hidrología, ya que explica el comportamiento del
agua a lo largo de la superficie terrestre.
Cantidad total de agua, en sus 3 fases
(sólida, líquida y gaseosa), se mantiene
constante. El agua de la Tierra (hidrósfera)
se distribuye en 3 reservorios principales
(océanos, continentes y atmósfera), entre los
cuales existe una circulación continua (ciclo
del agua o hidrológico). El movimiento del
agua es mantenido por la energía radiante del
sol y la fuerza de la gravedad.

La cantidad de agua sublimada es insignificante en relación a la evaporación
y transpiración (evapotranspiración).
El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa
luego recorrer distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada
forma nieblas y nubes y, luego, precipita.
Precipitación líquida (lluvia) o sólida (nieve o granizo). En fase sólida se presenta con
estructura cristalina (nieve), y con estructura granular, regular en capas (granizo).
Incluye agua que pasa de la atmósfera a la superficie por condensación de vapor de agua
(rocío) o por congelación de vapor (helada) y por intercepción de gotas de agua de nieblas
(nubes que tocan el suelo o el mar).
Agua precipitada en tierra puede tener varios destinos.
Una parte es devuelta directamente a la atmósfera (evaporación);
Otra parte escurre por la superficie del terreno (escorrentía superficial), que se concentra
en surcos y va a originar las líneas de agua.
El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada
puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas
freáticas.

El escurrimiento superficial y el subterráneo
alimentan los cursos de agua que desaguan en
ríos, lagos y en océanos.
La escorrentía superficial se presenta siempre
que hay precipitación y termina poco después
de terminar la precipitación.
El escurrimiento subterráneo, especialmente
a través de medios porosos, ocurre con gran
lentitud y sigue alimentando los cursos de agua
mucho después de haber terminado la
precipitación que le dio origen. Así, los cursos
de agua alimentados por capas freáticas
presentan unos caudales más regulares.

Puede dividirse el ciclo del agua en 2 ramas: aérea y terrestre. El agua que
precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en 3 grupos: una que es
devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producen
escurrimiento superficial y subterráneo. Esta división está condicionada por
varios factores, unos de orden climático y otros dependientes de las
características físicas del lugar donde ocurre la precipitación:
Así, la precipitación, al encontrar una zona impermeable, origina
escurrimiento superficial y la evaporación directa del agua que se acumula y
queda en la superficie.
Si ocurre en un suelo permeable, poco espeso y localizado sobre una
formación geológica impermeable, se produce entonces escurrimiento
superficial, evaporación del agua que permanece en la superficie y aún
evapotranspiración del agua que fue retenida por la cubierta vegetal.
En ambos casos, no hay escurrimiento subterráneo; este ocurre en el caso
de una formación geológica subyacente permeable y espesa.

FUERZAS IMPULSORAS
La energía solar es la fuente de energía térmica para paso del agua de fases
líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de las circulaciones
atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.
La fuerza de gravedad da lugar a
la precipitación y al escurrimiento. El
ciclo hidrológico es un agente
modelador de la corteza terrestre
debido a la erosión y al transporte y
deposición de sedimentos por vía
hidráulica. Condiciona la cobertura
vegetal y, de una forma más general,
la vida en la Tierra.

El ciclo hidrológico puede ser visto, a escala planetaria, como un gigantesco
sistema de destilación, extendido por todo el planeta:
El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiación solar
provoca la evaporación contínua del agua de los océanos, la cual es
transportada bajo forma de vapor de agua por la circulación general de la
atmósfera, a otras regiones.
Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al
enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación.
El regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada del
escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas.

Fundamentos de hidrología

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