Balance Hdrico
La evaluacin de los recursos hdricos de una cuenca requiere de
una estimacin correcta del balance hidrolgico, es decir, comprender
el ciclo en sus diferentes fases, la forma en que el agua que se
recibe por precipitacin y se reparte entre el proceso de
evapotranspiracin, escorrenta e infiltracin.
La ecuacin de Balance Hidrolgico es una expresin muy simple,
aunque la cuantificacin de sus trminos es normalmente complicada
por la falta de medidas directas y por la variacin espacial de la
evapotranspiracin, de las prdidas profundas (en acuferos) y de las
variaciones del agua almacenada en la cuenca (Llorens, 2003). En
general podemos afirmar que: Del agua que cae en un determinado
sitio (precipitacin = PP) Parte vuelve a la atmsfera ya sea por
evaporacin directa o por transpiracin de la vegetacin
(evapotranspiracin = ET); Otra parte escurre por la superficie de
la cuenca (escorrenta superficial = Esc).
Este escurrimiento, fluye a travs de la red de drenaje hasta
alcanzar los cauces principales y finalmente el mar, y el resto se
infiltra en el terreno y se incorpora al sistema de aguas
subterrneas o acufero (infiltracin = I).
Estas magnitudes deben cumplir con la siguiente ecuacin que se
conoce con el nombre de Balance Hidrolgico (Figura 13): P = ETR +
ES + I
La frmula general que se utiliza en el Balance Hidrolgico es la
siguiente: CAPTACIN - EVAPOTRANSPIRACIN = ESCORRENTA SUPERFICIAL +
INFILTRACIN (II)
Del Balance Hidrolgico, podemos conocer el estado de humedad de
la cuenca la cual est asociado al aporte de precipitacin recibida y
descontando las prdidas generadas, estamos en la condicin de
clasificar el tipo de ao (hmedo , normal o seco).Esto permitir
planificar el recurso hdrico, en base a las demandas.
Componentes del Balance Hdrico
En cada una de las subcuencas se estiman las reas ocupadas por
cada uno de los componentes naturales relacionados en la tabla
anterior, en funcin al rea total de cada subcuenca. De esta manera
de establecen las magnitudes en que cada una de ellas interviene
sobre los componentes de la frmula de balance. A continuacin se
describe el concepto y la metodologa utilizada para calcular cada
uno de los componentes de la frmula del balance.
b) Precipitacin (P)
La precipitacin constituye la principal entrada de agua dentro
del Ciclo Hidrolgico, y varia tanto espacial como temporalmente en
una cuenca y subcuenca. Es el agua que cae en una zona determinada
que se delimita como cuenca o subcuenca y puede ocurrir como
lluvia, neblina, nieve, roco, etc. La medicin de la lluvia se
realiza en las estaciones climticas a travs de instrumentos
llamados pluvimetros y es uno de los datos necesarios para el
balance que con mayor frecuencia se encuentran disponibles, si bien
puede variar la periodicidad y confiabilidad de stos dependiendo
del mtodo de medicin y de la permanencia de las estaciones
climticas a travs del tiempo (Figura 14). Se elaboran las isoyetas
de precipitacin promedio anual caracterstico para la cuenca, as
como el climograma general de la misma para observar la relacin
entre precipitacin y temperatura promedio mensual a travs del ao.
La informacin de los mapas de isoyetas mensuales y anuales, permite
calcular la precipitacin media areal de las cuencas, con los que se
inicia el clculo de los parmetros del Balance Hdrico. La
precipitacin horizontal, agua en forma de niebla que condensa al
entrar en
c) Temperatura (T)
Esta variable juega un papel importante, ya que interviene en
todas los mtodos empricos y por lo general junto con la
precipitacin son las nicas que podemos encontrar en las estaciones
meteorolgicas con plena seguridad. Su anlisis contempla su
homogenizacin y caracterizacin trmica de la zona en estudio. Las
variables climatolgicas, por lo general no presentan variaciones
considerables a travs del tiempo, sin embargo con el fin de poder
uniformizar la serie de datos de cada una de las estaciones; se
realiz un anlisis de extensin de los datos de temperatura a nivel
medio, mximo y mnimo.
d) Evapotranspiracin
La evapotranspiracin es la cantidad de agua que retorna a la
atmsfera, tanto por transpiracin de la vegetacin como por
evaporacin del suelo. Su magnitud depende del agua realmente
disponible, es decir la que el suelo ha logrado retener para el
consumo de la vegetacin, as como la que ha sido interceptada por
sta.
Evapotranspiracin real
El suministro de humedad a la superficie de evaporacin es un
factor determinante en la evapotranspiracin. A medida que el suelo
se seca, la tasa de evaporacin cae por debajo del nivel que
general-mente mantiene en un suelo bien humedecido. Es esta
evapotranspi-racin que depende de la cantidad de humedad existente
en el suelo, la que se denomina Evapotranspiracin Real. La
evapotranspiracin real es inferior a la evapotranspiracin potencial
para los siguientes factores: - Falta de agua en algunos perodos; -
Variacin de la evapotranspiracin segn el desarrollo de la planta; -
Variaciones de las condiciones atmosfricas como la humedad, la
temperatura, etc. Por todo ello: Evapotranspiracin real = K
evapotranspiracin potencialEl coeficiente K es variable y oscila
entre 0,10 y 0,90, aproximndose a 1 cuando la planta est en su
mximo desarrollo de foliacin y fruto.
e) Infiltracin
La infiltracin es el volumen de agua procedente de las
precipitaciones que atraviesa la superficie del terreno y ocupa
total o parcialmente los poros del suelo y del subsuelo. Entre los
factores que afectan la capacidad de infiltracin tenemos: Entrada
superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la
acumulacin de partculas que impidan, o retrasen la entrada de agua
al suelo. Transmisin a travs del suelo: El agua no puede continuar
entrando en el suelo con mayor rapidez que la de su transmisin
hacia abajo, dependiendo de los distintos estratos. Acumulacin en
la capacidad de almacenamiento: El almacenamiento disponible
depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de
humedad existente. Caractersticas del medio permeable: La capacidad
de infiltracin est relacionada con el tamao del poro y su
distribucin, el tipo de suelo arenoso, arcilloso-, la vegetacin, la
estructura y capas de suelos. Caractersticas del fluido: La
contaminacin del agua infiltrada por partculas finas o coloides, la
temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que
lleva.
Para determinar el clculo de la precipitacin que se infiltra
mensualmente (Pi) al suelo, viene dado por la expresin algebraica
siguiente:
Donde: Pi > Precipitacin que infiltra mensualmente al suelo
(mm/mes) Ci > Coeficiente de infiltracin (adimensional) P >
Precipitacin mensual en (mm/mes) Ret > Retencin de lluvia
mensual por follaje en (mm/mes)
Por lo general, en la ecuacin del Balance Hdrico, y dependiendo
de la escala temporal del anlisis (anual), este valor se asume que
su va-riabilidad es mnima y puede ser considerada cero.
f) Escorrenta superficial o caudal
Caudal
Para el aprovechamiento del recurso hdrico, es necesario conocer
en un punto dado o en la salida de la cuenca, el caudal disponible
a partir de las precipitaciones. El problema es aparentemente
simple en su presentacin, pero de una solucin en muchos casos
compleja, para ello se han ideado una serie de metodologas que van
desde las ms simples a las ms complejas, como: isolneas de
escorrenta, caudales especficos, generacin por modelos de simulacin
precipitacin escorrenta, etc. Para cuencas con caractersticas
fisiogrficas, cobertura vegetal y comportamiento hidrolgico
similar, se puede estimar el caudal especfico en funcin de la
siguiente expresin:
Escorrenta
El agua de las precipitaciones que no es evaporada ni
infiltrada, escurre superficialmente en forma de: Escorrenta
directa que es el agua que llega directamente a los cauces
superficiales en un periodo corto de tiempo tras la precipitacin, y
que engloba la escorrenta superficial y la sub-superficial (agua
que tras un corto recorrido lateral sale a la superficie sin llegar
a la zona fretica). Escorrenta basal que es la que alimenta a los
cauces superficiales en poca de estiaje.
Una vez estimados los volmenes de agua que se infiltran
mensualmente en cada subcuenca, se establece que el agua restante
es la que va a escurrir superficialmente, lo que denominamos caudal
o escurrimiento superficial.
Para el clculo de la escorrenta anual (mm) en las subcuencas y
cuenca total se utiliza la expresin matemtica que relaciona el
caudal y el rea de drenaje.
Su frmula es:
donde: E = Escorrenta en mm Q = Caudal en m3/s A = rea de
drenaje km2
Finalmente, con la cuantificacin de cada una de las variables
identificadas en la ecuacin del Balance Hdricos y dependiendo de la
escala temporal de anlisis, tendramos as expresiones
siguientes:
Cuando el balance hdrico superficial se realiza a nivel mensual
y multianual, el trmino correspondiente al cambio de almacenamiento
(S) se considera que toma el valor de 0, debido a que la
variabilidad del agua almacenada en la cuenca en perodos largos no
experimenta cambios significativos.
Teniendo en consideracin el prrafo anterior, la expresin
algebraica del Balance Hdrico queda como: Esc = PP x ETc
Para reas con control hidromtrico, se utiliza la siguiente
expresin:
P = E x ETR
Donde: P = Precipitacin media del perodo y rea en mm. E =
Escorrenta del perodo y rea en mm. ETR = Evapotranspiracin real
media del perodo y rea en mm.
En reas sin control hidromtrico, el Balance hdrico es
determinado mediante la siguiente ecuacin:
E = P x ETR