Hidrología e Hidrogeología

FACULTAD DE INGENIERIACARRERA DE INGENIERIA DE MINAS

HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA

HIDROLOGIA

La hidrología es una rama de las ciencias de la Tierra que estudia

las propiedades físicas, químicas y mecánicas del agua

continental y marítima, su distribución y circulación en la

superficie de la Tierra, en la corteza terrestre y en la atmósfera.

Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del

suelo , la evapotranspiración y a las masas glaciares.

PRECIPITACION :

La precipitación es cualquier forma hidrometeorologica que cae de la atmósfera y llega a la superficie

terrestre. La precipitación es una parte importante del ciclo hidrológico.

ESCORRENTIA:

Se llama escorrentía o escurrimiento a la corriente de agua que se vierte al rebasar su depósito o cauce

naturales o artificiales.

HUMEDAD DEL SUELO:

Se denomina humedad del suelo a la cantidad de agua por volumen de tierra que hay en un terreno.

EVAPOTRANSPIRACION:La evapotranspiración se produce a través de la evaporación del agua presente en la superficie terrestre,

junto con la que esta en mares , ríos y lagos y la que procede también de la tierra, incluyendo la transpiraciónde los seres vivos, en especial de las plantas

MASAS GLACIARES:

Un glaciar es una gruesa masa de hielo que se origina en la superficie terrestre por acumulación,

compactación y re-cristalización de la nieve, mostrando evidencias de flujo en el pasado o en la actualidad.

Dado que los glaciares están compuestos por agua forman parte del ciclo hidrológico

RAMAS DE LA HIDROLOGIA

Hidrología química: Estudio de las características químicas del agua.

Ecohidrología: Estudio de las interacciones entre los organismos vivos y el ciclo hidrológico.

Hidrogeología: Estudio de la presencia y movimiento del agua en acuíferos.

Hidro-informática: Adaptación de la tecnología de la información a la hidrología y sus aplicaciones a

los recursos de agua.

Hidrometeorologia: Estudio de la transferencia de agua y energía entre las superficies de tierra y agua

y la atmósfera inferior.

Hidrología de isótopos: Estudio de las firmas isotópicas del agua.

Hidrología superficial: Estudio de los procesos hidrológicos que tienen lugar en la superficie de la

Tierra o cerca de ella.

CAMPOS EN LOS QUE SE RELACIONA

• Hidrografía

• Ingeniería hidráulica

• Limnología

• Oceanografía

• Geografía física

• Química acuática

• Ingeniería civil/geológica/minas

• Climatología

• Ingeniería ambiental

• Geomorfología

MEDIDAS HIDROLOGICAS

Disdrómetro: Características de precipitación.

Olla de evaporación de Symon :Evaporación.

Infiltrómetro :Infiltración.

Piezómetro :Presión de agua subterránea y, por inferencia, profundidad del agua subterránea.

Radar :Propiedades de las nubes, estimación de la tasa de lluvia, y detección de nieve y granizo.

Pluviómetro :Lluvia y nevada.

Satélite :Identificación de áreas lluviosas, estimación de la tasa de lluvia, uso y cobertura de la tierra, humedad delsuelo.

Higrómetro :Humedad.

Sonda de capacitancia :Humedad del suelo.

PREDICCION HIDROLOGICA

Las observaciones de los procesos hidrológicos se usan para hacer predicciones

sobre el futuro comportamiento de los sistemas hidrológicos (flujo de agua y

calidad del agua). Uno de los principales intereses actuales en la investigación

hidrológica es la Predicción en Cuencas No calibradas , es decir, en cuencas donde

existen muy pocos datos o ninguno.

HIDROLOGIA ESTADISTICA

Se realiza analizando las propiedades estadísticas de los archivos hidrológicos,

como la precipitación o el flujo de un río, los hidrólogos pueden estimar los

futuros fenómenos hidrológicos. Esto, sin embargo, asume que las características

de los procesos permanecen sin alterar.

MODELOS HIDROLÓGICOSSe usan principalmente para la predicción hidrológica y para entender los procesos hidrológicos. Hay dos tipos principales de modelos hidrológicos:

Modelos basados en datos: Estos modelos son sistemas de caja negra, que usan conceptos matemáticos y

estadísticos para asociar una determinada entrada (por ejemplo, precipitación) con un modelo de salida

(por ejemplo, escorrentía).

Modelos basados en descripciones del proceso: Estos modelos tratan de representar los procesos físicos

observados en el mundo real. Contienen representaciones de escorrentía superficial, flujo subsuperficial,

evapotranspiración y flujo de canal, pero pueden ser mucho más complicados.

El movimiento del agua es un medio significativo por el cual otros materiales, como el suelo o los

contaminantes, son transportados de un lugar a otro. Desde los años 60, se han desarrollado modelos

matemáticos bastante complejos, facilitados por la disponibilidad de ordenadores de alta velocidad. Las clases

de contaminantes más comunes que se analizan son nutrientes, pesticidas, y sólidos y sedimentos disueltos.

TRANSPORTE HIDROLÓGICO

Determinación del equilibrio de agua de una región.

Diseño de proyectos de restauración ribereños.

Mitigación y predicción de inundaciones, desprendimiento de tierras y riesgo de sequía.

Pronóstico de inundaciones en tiempo real y advertencias.

Diseño de esquemas de irrigación y administración de la productividad agrícola.

Parte del módulo de riesgo en modelado de catástrofes.

Suministro de agua potable.

Diseño de presas para abastecimiento de agua o generación de energía hidroeléctrica.

Diseño de puentes.

Diseño de alcantarillas y sistemas de drenaje urbano.

Análisis del impacto de la humedad antecedente en sistemas de alcantarillado sanitarios.

Predicción de cambios geomorfológicos, como erosión o sedimentación.

Evaluación de los impactos de cambio ambiental natural y antropogénico en los recursos del agua.

Evaluación del riesgo de transporte de contaminantes y establecimiento de pautas de política ambiental.

APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA

HIDROGEOLOGÍA

La Hidrogeología es una ciencia interdisciplinar que se

ocupa del estudio del agua subterránea que circula por la

zona saturada del subsuelo, con un énfasis especial en sus

condiciones geológicas de almacenamiento, modo de

circulación, relaciones con las aguas superficiales y

composición química. De acuerdo con lo anterior, la

Hidrogeología se denomina también por algunos autores,

Hidrología Subterránea.

AGUA SUBTERRANEA

El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en

los continentes, y se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra. El volumen del

agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida

en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas

pueden alcanzar millones de kilómetros cuadrados (como el Acuífero Guaraní). El agua del

subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la

población mundial, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la

sobreexplotación.

ACUÍFERO

Un acuífero o embalse subterráneo es una parte del subsuelo con límites definidos y

saturada de agua, que permite la circulación de la misma por sus poros, fracturas o huecos

en general, transmitiéndola con la suficiente velocidad como para que pueda ser

económicamente aprovechable. Los acuíferos en la naturaleza son, salvo excepción (caso

del agua fósil), entes dinámicos y no estáticos.

TIPOS DE ACUÍFEROS

Desde el punto de vista del lugar que ocupa el agua dentro de la roca, se distinguen los acuíferos por

porosidad y los acuíferos por fracturación, según que aquélla rellene los vacíos o poros intergranulares,

o bien las diaclasas y fracturas.

Un tipo singular son los acuíferos kársticos donde los huecos de la roca son producidos principalmente

por disolución, si bien aprovechando principalmente la fracturación preexistente en la misma.

Desde el punto de vista de la presión hidrostática del agua contenida dentro de la roca, se diferencian

los acuíferos libres o no confinados y los acuíferos cautivos.Aunque también se dan los casos

intermedios (acuíferos semicautivos o semiconfinados).

MÉTODOS QUE SE EMPLEAN PARA EL ESTUDIO DE LOS ACUÍFEROS

Los métodos geológicos y geofísicos: se emplean para la definición de la extensión y geometría del

acuífero (límites laterales, inferior y superior) y de sus características litológicas.

Los métodos climatológicos y de Hidrología de superficie: son necesarios para lograr una estimación

cuantitativa de los principales componentes del ciclo hidrológico (precipitación, evapotranspiración,

infiltración y escorrentía superficial) y, en definitiva, del balance hídrico y de los recursos subterráneos.

Los métodos físico-matemáticos: son necesarios, por un lado, para determinar el valor de los

parámetros fundamentales de la hidráulica subterránea y conocer las características del flujo

subterráneo; y, por otro lado, para desarrollar modelos matemáticos de simulación o comportamiento

del mismo ante determinadas acciones exteriores sobre los recursos y reservas. La aplicación de estos

métodos, junto con los geológicos y geofísicos, permite hacer una estimación de las reservas

subterráneas del acuífero.

Los métodos hidroquímicos: se utilizan principalmente para caracterizar químicamente el agua y

determinar su calidad, suministrando a su vez, datos sobre la procedencia de las aguas y las

características del flujo subterráneo.

ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO

Un Estudio Hidrogeológico consiste en la aplicación de los métodos de investigación de la

Hidrogeología a la prospección de las aguas subterráneas en un territorio concreto.

El objeto de un Estudio Hidrogeológico es localizar los acuíferos, definir su extensión y características

geológicas, sus parámetros hidráulicos, la dinámica del flujo subterráneo y la composición química del

agua, e incluso, si el acervo de datos lo permite, elaborar un modelo matemático de comportamiento

ante eventuales acciones exteriores. Todo ello equivale, en definitiva, a responder a las preguntas

siguientes respecto del agua subterránea como recurso a explotar: ¿dónde?, ¿cuánto?, ¿cómo?,

¿cuándo? y ¿hasta cuándo?

TIPOS DE ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOSLos tipos de estudios varían de acuerdo con los objetivos que se persigan en la exploración. Según

esto, se pueden clasificar en tres grupos:

• Estudios hidrogeológicos preliminares o de reconocimiento: En la Geología juega un papel decisivo, ya

que su objetivo es localizar los acuíferos más importantes y hacer una primera estimación de sus

dimensiones, zonas de recarga y descarga, parámetros hidrogeológicos y calidad de sus aguas. Este

tipo de estudios se suelen reflejar en mapas hidrogeológicos de escala 1: 200.000 ó 1: 100.000.

• Los estudios hidrogeológicos regionales: Conducen a una cuantificación más aproximada de las

características de los acuíferos localizados en los anteriores estudios de reconocimiento o preliminares.

La escala de los mapas hidrogeológicos correspondientes oscila entre 1: 100.000 y 1: 50.000.

• Los estudios hidrogeológicos de detalle: Tienen por objeto resolver una demanda de agua concreta

como, por ejemplo, el abastecimiento de un núcleo urbano o de un regadío.

PARTES DE LAS QUE SE COMPONE UN ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO

• Recopilación de Información: Esta fase es muy importante, sobre todo en los estudios preliminares o

de reconocimiento, ya que permite un ahorro de tiempo más o menos considerable en las fases

posteriores.

• Estudio de la Demanda de Agua:. El estudio de la demanda es el más importante a considerar en toda

planificación hidráulica, aunque, se puede considerar como relativamente independiente del estudio

hidrogeológico propiamente dicho.

• Estudio Climatológico: El objeto de los estudios climatológicos es la cuantificación de la precipitación y

evapotranspiración real, que son los dos factores cualitativamente más importantes en el balance

hídrico de cualquier región.

• Estudio de Hidrología de Superficie: El objeto de estos estudios es la cuantificación de la escorrentía

superficial, mediante aforos adecuados en los principales manantiales y corrientes de agua de la región,

lo que permite conocer las relaciones entre las aguas superficiales y las profundas.

• Estudio Geológico: El objeto de estos estudios es determinar los límites de las unidades hidrogeológicas

y acuíferos y su naturaleza litológica.

• Estudio Geofísico: La Geofísica es una técnica que, a partir de fenómenos físicos, naturales o

provocados, trata de conocer la distribución de materiales en el subsuelo y sus propiedades.

• Inventario de Puntos de Agua: El inventario de puntos de agua es el sistema más idóneo para empezar

a conocer rápidamente las características hidrogeológicas de una determinada región o área.

• Instalación y Seguimiento de la Red de Observación y Control :Los datos básicos sobre los parámetros

geométricos e hidrogeológicos de un acuífero y sobre su funcionamiento se obtienen,

fundamentalmente, mediante una red de pozos de observación (pozo de explotación o experimental en

el que se puede medir el nivel de agua) y/o de piezómetros (tubo de pequeño diámetro conectado

hidráulicamente al acuífero). La precisión requerida puede exigir una nivelación de los principales

puntos de agua, con la intervención de un topógrafo, previamente a la toma sistemática de datos.

• Ensayos de Bombeo: Los ensayos de bombeo son la principal herramienta de que se dispone para el

estudio del comportamiento de pozos, predicción de caudales y descensos futuros, y obtención de

valores representativos de las características hidrodinámicas de los acuíferos.

• Sondeos mecánicos de investigación, piezómetros y pozos experimentales : Cumple con características

adecuadas como para permitir la obtención de datos suficientes sobre la profundidad y litología de los

acuíferos, y sobre los niveles piezométricos, así como la realización de ensayos de bombeo y la toma de

muestras de agua.

• Estudio Hidroquímico :La calidad química (y bacteriológica) del agua es tan importante como su

cantidad. Los fenómenos que modifican la composición química del agua subterránea son

principalmente los siguientes:

hidrólisis

intercambio iónico

fenómenos de oxidación-reducción

disolución y precipitación.

• Síntesis Hidrogeológica y Balance Hídrico : Consiste fundamentalmente en:

definir las características de los acuíferos de la zona

estimar la dinámica o funcionamiento de los mismos

¿QUIÉN DEMANDA LOS ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS?

Los estudios hidrogeológicos preliminares o de reconocimiento, así como los estudios generales, son

planificados y coordinados desde las Administraciones Públicas, al ser el agua un recurso natural de

interés publico. Por lo que se refiere a los estudios hidrogeológicos de detalle, son demandados por

las entidades publicas locales (Ayuntamientos) o por entidades privadas (fábricas, comunidades de

regantes, etc.).

La realización de estos estudios, en cualquiera de los casos, deben ser realizados por técnicos

especializados, que aportan conocimiento del medio físico y ofrecen garantías en cuanto a la

explotabilidad del este recurso.