HIDROLOGÍA

BÁSICA
 INTRODUCCIÓN
La naturaleza limita la cantidad de agua disponible para nuestro uso.
Aunque hay suficiente agua en el planeta, no siempre se
encuentra en el lugar y momento adecuados.

Nos enfrentamos, en la actualidad, a unos consumos muy altos,

abastecimientos inciertos, y demandas incrementadas de
protección contra las inundaciones y la contaminación. Son
preocupantes los efectos de la escasez de agua limpia sobre la
economía y la salud.

La hidrología se ha desarrollado como ciencia en respuesta a la

necesidad de comprender el complejo sistema hídrico de la Tierra
y ayudar a solucionar los problemas de agua. Los hidrólogos
juegan un papel importante en la búsqueda de soluciones a los
problemas del agua y, para los que estudien hidrología, los retos
son interesantes.
 IMPORTANCIA
• La Hidrología (del griego hydor-, agua)
es la disciplina científica dedicada al
estudio de las aguas de la Tierra,
incluyendo su presencia, distribución y
circulación a través del ciclo hidrológico, y
las interacciones con los seres vivos.
• El objetivo primario de la hidrología es el
estudio de las interrelaciones entre el agua
y su ambiente. Ya que la hidrología se
interesa principalmente en el agua
localizada cerca de la superficie del suelo,
se interesa particularmente en aquellos
componentes del ciclo hidrológico.
Los diferentes aspectos de estos fenómenos
son estudiados en sus varias
subdisciplinas.
• La hidrometeorología, se concentra en el
agua localizada en la capa fronteriza
inferior de la atmósfera.
 IMPORTANCIA
• La hidrometría se encarga de las mediciones del agua superficial,
especialmente precipitación y flujo de las corrientes.
• La hidrografía involucra la descripción y la confección de mapas
de los grandes cuerpos de agua, tales como lagos, mares interiores
y océanos.

• La hidrología del suelo se centra en el agua que se encuentra en la

zona saturada debajo de la superficie del suelo, y en la física suelo-
agua en la zona no saturada.
• La investigación hidrológica es importante para el desarrollo,
gestión y control de los recursos de agua. Sus aplicaciones son
muchas, incluyendo el desarrollo de sistemas de irrigación, control
de inundaciones y erosión de suelos, eliminación y tratamiento de
aguas usadas, disminución de la contaminación, uso recreacional
del agua, la conservación de los peces y vida silvestre, la
generación hidráulica, y el diseño de estructuras hidráulicas.
 HIDROLOGIA EN LA HISTORIA
• En épocas tan tempranas como en el año 1000 A.C., Homero
escribió en la Ilíada sobre el océano, señalando que "de sus
profundidades surgen cada río y mar, cada vertiente y fuente que
fluye", sugiriéndonos la conexión de todas las aguas de la Tierra.
• Platón y Aristóteles hablaron del ciclo del agua pero incurrieron en el
error de decir que las aguas que corren son mayores que las que se
precipitan en forma de lluvia
• El filósofo griego Anaxágoras de Clazomene, (500-428 A.C) ideó
una versión primitiva del ciclo hidrológico. Creía que el sol
evaporaba el agua del mar hacia la atmósfera, desde donde caía
como lluvia, y formaba las reservas subterráneas, las cuales
alimentaban los caudales de los ríos.
• Otro filósofo griego, Teofrasto (372-287 A.C), describió en forma
correcta el ciclo hidrológico en la atmósfera. Dio una explicación
lógica de la formación de la precipitación por medio de la
condensación y del congelamiento.
 HIDROLOGIA EN LA HISTORIA
• El arquitecto e ingeniero romano Marco Vitruvio, quien vivió en la
época de Cristo, después de estudiar los trabajos de Teofrasto,
extendió su explicación al afirmar que el agua subterránea se deriva
principalmente de la lluvia y la nieve infiltradas a través de la superficie
del suelo. Esta puede considerarse como la precursora de la versión
moderna del ciclo hidrológico.
• En 1500, Leonardo Da Vinci hizo los primeros estudios sistemáticos de
la distribución de velocidad en los ríos, utilizando una vara lastrada que
se mantenía a flote por medio de una vejiga animal inflada.
• En 1650, Perrault efectuó medidas en el río Sena y estableció que:

Q = (1 / 6 )P
En donde, Q: Caudal
P: Precipitación
• En 1700, Edmund Halley (astrónomo) estableció que la evaporación
daba para alimentar el caudal de todos los ríos conocidos. Es decir,
estableció una relación entre evaporación, precipitación y caudal.
• En 1930 comienza el desarrollo cuantitativo de la hidrología.
 DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA
Depósito Volumen (en Porcentaje
millones de km3)
• El agua se
distribuye Océanos 1370 97.25
desigualmente Casquetes y 29 2.05
entre los distintos glaciares
compartimentos, y
los procesos por los Agua 9.5 0.68
que éstos subterránea
intercambian el Lagos 0.125 0.01
agua se dan a
ritmos
heterogéneos. Humedad 0.065 0.005
del suelo
Atmósfera 0.013 0.001
Arroyo y ríos 0.0017 0.0001
Biomasa 0.0006 0.00004
 EL PROBLEMA DEL AGUA
Las fuentes, los manantiales, las cuencas o
cañadas están en acelerada vía de extinción,
hay cambios de clima y de suelo, inundaciones,
sequías y desertización.

Pero es la acción humana la más drástica:

ejerce una deforestación delirante, ignora
los conocimientos tradicionales sobre todo
de las comunidades indígenas locales,
retira el agua de los ríos de diferentes
maneras, entre otras con obras de
ingeniería, represas y desvíos.
 EL PROBLEMA DEL AGUA
El agua es un recurso imprescindible pero escaso para la vida. Menos del
1% del agua del planeta es dulce y accesible para el hombre, aunque
este porcentaje varía considerablemente según el lugar, el clima o la época
del año.
La contaminación causada por los
efluentes domésticos e industriales,
la deforestación y las prácticas del
uso del suelo, está reduciendo
notablemente la disponibilidad de
agua utilizable. En la actualidad, una
cuarta parte de la población mundial,
es decir, mil quinientos millones de
personas, que principalmente habitan
en los PED (Países en Desarrollo)
sufren escasez severa de agua
limpia, lo que ocasiona que en el
mundo haya más de diez millones de
muertes al año producto de
enfermedades hídricas.
 EL PROBLEMA DEL AGUA
El sector agrícola es el
mayor consumidor de agua
con el 65%, no sólo porque
la superficie irrigada en el
mundo ha tenido que
quintuplicarse sino porque
no se cuenta con un
sistema de riego eficiente,
razón principal que
provoca que las pérdidas
se tornen monumentales.
Le siguen el sector
industrial que requiere del Para el año 2015 el uso industrial alcanzará el 34%
25% y el consumo a costa de reducir al 58% los volúmenes destinados
doméstico, comercial y de para riego y al 8% los destinados para otros usos. El
otros servicios urbanos consumo total de agua se ha triplicado desde 1950
municipales que requieren sobrepasando los 4,300 km3/año, cifra que equivale
el 10%. al 30% de la dotación renovable del mundo que se
puede considerar como estable.
 HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA

Los proyectos que usan el agua

como componente principal se
clasifican de la siguiente
manera:

1. Proyectos de Suministro de
Agua. Entre estos proyectos
se cuentan:
- Acueductos
- Alcantarillados
- Riego y Drenaje de Campos
Agrícolas.
2. Proyectos de suministro de
Energía Hidráulica.
 HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA
3. Diseño de Obras Viales. 4. Control de Erosión
- Drenajes de Aguas Lluvias Los caudales de creciente y
- Estructuras de Protección las avalanchas que se
generan por deslizamientos
contra ataques de ríos. son las variables importantes
en este tipo de proyectos.
Estas variables se relacionan
luego con los niveles de
inundación, con las
velocidades de flujo y con los
procesos de socavación lateral
y de fondo.
 HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA

5. Proyectos de Navegación
Marítima y Fluvial. Los estudios
de Hidrología en los proyectos
de Navegación Marítima
consisten en el análisis del
Estado del Tiempo en mar
profundo, en la plataforma
continental y en los litorales.

6. Operación de sistemas hidráulicos complejos.

7. Recreación y preservación del medio ambiente.
8. Preservación y desenvolvimiento de la vida acuática
9. Control de polución
 UNIDADES EN HIDROLOGÍA

Elemento Símbolo Unidades

Área (de una sección, cuenca A m2 ft2
vertiente) km2 acre
ha
Caudal Q m3/s ft3 /s
l/s gal/min
Evaporación E mm in
Evapotranspiración ET mm in
Infiltración f mm in
Tasa de infiltración If mm/hr in/hr
Porosidad n %
Precipitación P mm in
Intensidad de la Precipitación IP mm/hr in/hr
 UNIDADES EN HIDROLOGÍA

Elemento Símbolo Unidades

Radiación R J/m2 ly
Humedad Relativa U %
Escorrentía R mm in
Concentración de sedimentos cs Kg/m3 ppm
Temperatura θ ºC ºF
Presión de vapor e Pa mb
mmHg
Velocidad (del agua) v m/s ft/s
Volumen V m3 ft3
Velocidad del viento u m/s km/h
milla/h
 CICLO HIDROLÓGICO
Definiciones
• Evaporación de agua
• El agua de la Tierra está
• Transpiración
constantemente pasando de
una reserva a otra, en un • Evapotranspiración
proceso llamado el ciclo • Condensación
hidrológico. • Precipitación
• Intercepción
• Almacenamiento por
• Podemos pensar el ciclo depresiones
hidrológico como una serie • Escorrentía
de reservas, o áreas de • Flujo subsuperficial
almacenamiento, y una serie
• Infiltración
de procesos que causan que
• Percolación
el agua se mueva entre estas
• Agua capilar
reservas.
• Derretimiento
• Filtración
CICLO HIDROLÓGICO
 ECUACIÓN FUNDAMENTAL

I − O = ∆S
“Lo que entra menos lo que sale es igual al cambio de
almacenamiento”
La ecuación se calcula para un determinado período de
tiempo y para un volumen de control.

Considerando una hoya hidrográfica:

Entradas (I):
• Precipitación
• Importaciones de agua
• Aguas subterráneas desde otras hoyas
 ECUACIÓN FUNDAMENTAL
Salidas (O):
• Evaporación
• Transpiración
• Exportaciones de agua
• Aguas subterráneas hacia otras hoyas
• Infiltración

Cambio en el almacenamiento (∆ ∆S)

• Almacenamiento de aguas subterráneas
• Almacenamiento por cambio de humedad del suelo
• Almacenamiento superficial en embalses, en canales y
en la propia escorrentía superficial.
 EJERCICIO DE APLICACIÓN
En un área de 1.25 km2 durante un año:

• Cae una precipitación de 1.200 mm.

• Se presenta un intercambio de agua subterránea de
1’200.000 m3
• La salida de los ríos es 0.7x105 m3
• Las entradas superficiales se consideran nulas
• El cambio de almacenamiento es de 0.3 x 105 m3.
• La vegetación elimina 2 mm diarios de agua

Calcular la evaporación.