Modulo Hidrología

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Agrcolas Pecuarias y Del Medio Ambiente Contenido didctico del curso Hidrologa

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

30172 - HIDROLOGA GLORIA CECILIA RUALES ZAMBRANO (Director Nacional)

SAN JUAN DE PASTO Octubre de 2009


INDICE DE CONTENIDO

PRESENTACIN INTRODUCCIN UNIDAD 1. CONCEPTOS BSICOS DE HIDROLOGA. 1. CONCEPTO DE HIDROLOGA. 1.1 DEFINICIN E HISTORIA DE LA HIDROLOGA. 1.2 ELEMENTOS BSICOS DE HIDROLOGA 1.3 CICLO HIDROLGICO. 1.4 BALANCE HIDRICO 1.5 EJEMPLO DE BALANCE HIDRICO 2. CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRFICA. 2.1 DEFINICIN Y GENERALIDADES. 2.2 FACTORES QUE AFECTAN LA HIDROLOGA. 2.3 LA CUENCA 2.4 LA CUENCA Y LOS SISTEMAS ESTRATGICOS 2.5 SERVICIOS AMBIENTALES 3. CARACTERSITICAS DE LAS CUENCAS Y LOS CAUCES. 3.1 CARACTERSTICAS DE LA RED DE DRENAJE. 3.2 PATRONES DE DRENAJE 3.3 CLASIFICACIN DE HORTON 3.4 CARACTERSTICAS DEL REA DE CAPTACIN (VERTIENTES). 3.5 CLASIFICACIN DE LAS CUENCAS HIDROGRFICAS UNIDAD 2. PRECIPITACIN. 4. LA PRECIPITACIN. 4.1 CONCEPTO DE PRECIPITACIN 4.2 COMPOSICIN DE LA ATMOSFERA 4.3 LA TROPOSFERA 4.4 LA HUMEDAD RELATIVA 4.5 CARACTERISTICAS DE LA PRECIPITACIN

5. VARIABLES DE UN AGUACERO. 5.1 GENERALIDADES. 5.2 VARIABLES 5.3 MEDICIN DE LA PRECIPITACIN. 5.4 CONSTRUCCIN DE HIETOGRAMA


5.5 CONSTRUCCIN DE CURVA DE MASAS 6. PROCESAMIENTO DE DATOS. 6.1 GENERALIDADES. 6.2 METODO DE PROMEDIO ARITMETICO 6.3 METODO DE POLIGONOS DE THIESSEN Y DE LAS ISOYETAS 6.4 ANLISIS DE DATOS. 6.5 CURVAS DE INTENSIDAD, DURACIN Y FRECUENCIA UNIDAD 3. EVAPORACIN, TRANSPIRACIN, INFILTRACIN Y ESCORRENTA. 7. EVAPORACIN Y TRANSPIRACIN. 7.1 GENERALIDADES SOBRE EVAPORACIN. 7.2 MEDICIN DE LA EVAPORACIN. 7.3 ESTIMACIN DE LA EVAPORACIN. 7.4 GENERALIDADES SOBRE TRANSPIRACIN. 7.5 MEDICIN DE LA TRANSPIRACIN Y DE LA EVAPOTRANSPIRACIN. 8. INFILTRACIN. 8.1 GENERALIDADES. 8.2 MODELOS DE INFILTRACIN. 8.3 MEDICIN DE LA INFILTRACIN. 8.4 AGUA EN LA ZONA SATURADA Y NO SATURADA 8.5 MEDICIN DE LA HUMEDAD DEL SUELO. 9. ESCORRENTA. 9.1 GENERALIDADES. 9.2 MEDICIN DE CAUDALES. 9.3 RELACION LLUVIA ESCURRIEMIENTO. 9.4 HIDROGRAMAS 9.5 HIDROLOGA FORESTAL.


LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Distribucin del agua superficial. Tabla 2. Datos balance hdrico. Tabla 3. Balance hdrico mes a mes. Tabla 4. Balance hdrico acumulado. Tabla 5. Vertientes de Colombia. Tabla 6. Relacin entre las variables de un aguacero. Tabla 7. Registro de un pluvigrafo. Tabla 8. Clculo de la precipitacin y el tiempo acumulados. Tabla 9. Intensidad de cada intervalo. Tabla 10. Precipitacin por promedio aritmtico. Tabla 11. Precipitacin por polgonos de Thiessen. Tabla 12. Precipitacin por isoyetas. Tabla 13. Intervalos de frecuencia para la intensidad. Tabla 14. Intervalos de frecuencia para la intensidad. Tabla 15. Ecuaciones para calcular la probabilidad de excedencia. Tabla 16. Datos para el clculo de Frecuencias. Tabla 17. Clculo de Frecuencias. Tabla 18. Clculo parmetros distribucin de Gumbel. Tabla 19. Datos para el clculo de parmetros por el mtodo analtico. Tabla 20. Datos precipitacin anual. Tabla 21. Datos para el clculo de los parmetros a y b. Tabla 22. Valores de magnitud e intensidad para un periodo de tiempo de minutos. Tabla 23. Valores de intensidad mxima para varios periodos de tiempo Tabla 24. Valores de intensidad y probabilidad para varios periodos de tiempo. Tabla 25. Valores de intensidad mxima para varios periodos de retorno. Tabla 26. Densidad del agua en funcin de la temperatura. Tabla 27. Porcentaje de horas mensuales. Tabla 28. Calculo de ETo con el mtodo de Blaney-Criddle. Tabla 29. Valores de kc. Tabla 30. Clculo de ETR. Tabla 31. Valores de c para el mtodo de Thornwaite. Tabla 32. Calculo de ETo con el mtodo de Thornwaite.

5 8 9 10 13 32 36 36 36 39 41 43 45 46 46 47 48 50 52 56 57 30 61 62 63 64 74 81 81 83 84 85 86


Tabla 33. Valores de albedo para varias superficies. Tabla 34. Mximo de horas de luz por da. Tabla 35. Calculo de ETo con el mtodo de Penman-Monteith. Tabla 36. Datos de una prueba de infiltracin. Tabla 37. Clculo de los potenciales del suelo. Tabla 38. Medida del potencial del suelo utilizando tensimetros. Tabla 39. Datos aforo de una corriente. Tabla 40. Estimacin del caudal de una corriente. Tabla 41. Coeficientes de escorrenta. Tabla 41. Principio de afinidad del hidrograma unitario. Tabla 42. Principio de aditividad del hidrograma unitario. Tabla 43. Calculo del hidrograma unitario con base en datos de precipitacin. Tabla 44. Hidrograma unitario [1 mm/2h]. Tabla 45. Hidrograma unitario [1 mm/2h]. Tabla 46. Hidrograma unitario [1 mm/5h].

87 89 89 95 105 107 114 115 120 121 122 123 125 127 128


LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS Figura 1. El ciclo hidrolgico. Figura 2. Balance hdrico. Figura 3. Balance hdrico. Figura 4. La cuenca hidrogrfica. Figura 5. Divisoria geogrfica e hidrogrfica. Figura 6. Drenaje tipo dendrtico. Figura 7. Drenaje tipo subdendrtico. Figura 8. Drenaje tipo paralelo. Figura 9. Drenaje tipo suparalelo. Figura 10. Drenaje tipo radial. Figura 11. Nmero de Horton para los cauces. Figura 12. Caractersticas principales de una cuenca. Figura 13. Capas de la atmsfera. Figura 14. Corrientes atmosfricas. Figura 15. Pluvimetro. Figura 16a. Vista general del Pluvigrafo. Figura 16b. Vista del recipiente de almacenamiento del Pluvigrafo. Figura 16c. Vista del cilindro con papel y de la plumilla del Pluvigrafo. Figura 17. Balance de masas. Figura 18. Hietograma. Figura 19. Pluvimetros ubicados en una cuenca. Figura 20. Polgonos de Thiessen. Figura 21. Mtodo de las isoyetas. Figura 22. Mtodo grfico para la determinacin de los parmetros de la Ecuacin de Gumbel. Figura 23. Curva de masa para determinar la magnitud en cada periodo de tiempo. Figura 24. Curva IDF, para el ejemplo. Figura 25. Tanque evapormetro Tipo A. Figura 26a. Tornillo micromtrico. Figura 26b. Tornillo micromtrico instalado en el tanque evapormetro. Figura 27. Mapa de radiacin para Colombia. Figura 28. Variacin de la infiltracin con el tiempo. Figura 29. Instalacin correcta y funcionamiento de los cilindros en campo. Figura 30. Curva de velocidad de infiltracin Vs Tiempo. 6 7 10 11 14 18 18 19 20 20 21 22 26 27 33 34 35 35 37 37 39 40 42 51 60 65 70 71 72 88 93 94 96


Figura 31. Profundidad del nivel fretico. Figura 32. Permemetro de cabeza constante. Figura 33. Agua en la zona no saturada. Figura 34. Tensimetro. Figura 35. Bloque de yeso. Figura 36. Encharcamiento producido por una lluvia fuerte. Figura 37. Escorrenta superficial. Figura 38. Escorrenta subsuperficial. Figura 39. Escorrenta subterrnea. Figura 40. Hidrograma anual. Figura 41. Hidrograma para un evento. Figura 42. Componentes del hidrograma para un evento. Figura 43. Principio de afinidad del hidrograma unitario. Figura 44. Principio de aditividad del hidrograma unitario. Figura 45. Hidrogramas unitarios. Figura 46. Hidrograma final. Figura 47. Hidrograma en S. Figura 48. Hidrograma en S [1 mm/2h]. Figura 49. Hidrograma unitario [1 mm/5h]. Figura 50. Bosque plantado objeto de estudio. Figura 51a. Medicin del escurrimiento por el tallo. Figura 51b. Medicin del escurrimiento por el tallo, detalle del canal. Figura 52a. Pluvimetro totalizador bajo el dosel. Figura 52b. Rejilla que impide la entrada de residuos al pluvimetro. Figura 53. Lismetros para medir agua infiltrada. Figura 54. Pluvimetro totalizador cerca de lismetros. Figura 55. Escorrenta superficial en una pradera aledaa a un bosque. Figura 56. Vertedero rectangular. Figura 57. Vertedero triangular.

98 99 102 107 108 109 111 112 113 117 118 119 121 122 123 124 125 126 128 129 130 131 131 132 133 134 135 135 136


ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El contenido didctico del curso academico: Hidrologa fue diseado inicialmente en el ao 2006 por el Ing. Diego Mauricio Hernndez Fernndez, docente de la UNAD, ubicado en el CEAD de Medelln. Es Ingeniero Agrcola de la Universidad Nacional, Magister en Ciencias Agrarias. Actualmente se desempea como Coordinador acadmico y de investigacin de la Zona Occidente Desde el ao 2008 la Especialista Gloria Cecilia Ruales Zambrano se desempea actualmente como director del curso a nivel nacional y apoy el proceso de revisin de estilo del contenido didctico e hizo aportes disciplinares, didcticos y pedaggicos en el proceso de acreditacin del material didctico desarrollado en el mes de Julio de 2009. La versin del contenido didctico que actualmente se presenta tiene como caractersticas: 1) Incorpora la nueva estructura a los contenidos relacionados con la Unidad 1, la unidad 2 y la Unidad 3.


INTRODUCCIN El Mdulo de Hidrologa est desarrollado teniendo en cuenta la importancia que para el Ingeniero Agroforestal, tiene el manejo del agua. Es importante no solo determinar su cantidad sino ms importante an su disponibilidad, elemento que se vuelve un tema de manejo delicado en los actuales momentos en que el cambio climtico que estamos viviendo supone una incertidumbre para las actividades forestales y agrcolas. El Ingeniero Agroforestal y en general todos los profesionales de las ciencias Agrcolas, Pecuarias y Ambientales, encontrarn en este mdulo un ejemplar de consulta sobre temas puntuales de hidrologa, toma, anlisis e interpretacin de datos. Los temas se presentan en la forma ms simple posible, eliminando en la mayora de las ocasiones, discusiones matemticas y modelos complejos, que no aportan al entendimiento del objeto del presente escrito. La Hidrologa como ciencia, se relaciona en forma muy estrecha con las dems ciencias que intervienen o tienen asiento en el sector agropecuario, tales como la Edafologa y Fertilidad de suelo, Riegos y Drenajes, Produccin Agrcola y Pecuaria, con las cuales comparte y complementa conceptos, por lo que el lector a los largo del curso encontrar referencias a temas de estas ciencias, invitndolo en algunas ocasiones a revisar otros temas de estas ciencias. El adecuado desempeo del Ingeniero Agroforestal, se va a lograr si este tiene un enfoque sistmico. Enfoque donde tendrn que confluir diversas dimensiones ambientales, tales como vegetacin y animales (o dicho de otra forma, Flora y Fauna), Clima, Suelo y Ser Humano. Al combinar estas variables en torno al a produccin agroforestal, se podr asegurar una adecuada gestin de las explotaciones.


JUSTIFICACIN

Clsicamente, la hidrologa es definida como la disciplina que se ocupa de las propiedades, ocurrencia, distribucin y movimiento del agua sobre y bajo de la superficie de la Tierra. Se solapa con otras ciencias y disciplinas como las Ciencias de la Atmsfera, la Oceanografa, Glaciologa, Hidrulica, guardando estrechas relaciones con la qumica, fsica, matemtica, geologa y ecologa. La problemtica de los recursos del agua, adems se conecta en forma directa con los esquemas de desarrollo y planificacin general de la sociedad, adquiriendo tambin relevante importancia en la proteccin del medio ambiente y los esquemas de desarrollo sostenible, particularmente en los casos de eventos extremos (sequas, inundaciones y tormentas severas). La hidrologa interviene directa o indirectamente en casi todas las actividades socioeconmicas: agua potable, agua para la generacin de energa, agua para riego, para la industria, la salud, la navegacin, la recreacin, la erosin de suelos y la sedimentacin, abarcando todos los aspectos del agua. Tambin abarca todos los aspectos del agua superficial y subterrnea de calidad y cantidad y sus aprovechamientos. Tal es la relevancia, que el Programa Hidrolgico Internacional de la UNESCO y el Programa de Hidrologa Operativa de la Organizacin Meteorolgica Mundial, as como otros programas y proyectos (IAHS - International Association of Hydrological Sciences, NATO special programme on the Sciences of Global Environmental Change, Comprehensive Freshwater Assessement de la CDE, etc), se han constituido en actividades ms importantes, visto la necesidad imperiosa de contribuir a la mejora de la gestin del agua dulce dentro del marco de la sustentabilidad ambiental y atendiendo a las interrelaciones entre los sistemas naturales y los sistemas socioeconmicos. En 1997 se produjo una declaracin de los Presidentes de los Programas Cientficos de la UNESCO donde reconocen que: " uno de los problemas ms graves del siglo XXI ser la disponibilidad y calidad del agua dulce....".


PROPSITOS Aportar a los estudiantes los fundamentos tericos y prcticos necesarios para la comprensin del manejo del agua y equipos utilizados para esta labor. Contribuir a la formacin de profesionales integrales que garanticen la sostenibilidad de las explotaciones agrcolas, forestales, pecuarias o agroforestales. Orientar al estudiante en la apropiacin de elementos conceptuales para impulsar la comprensin del ciclo hidrolgico y distribucin del agua en la superficie terrestre y las tcnicas que debe elaborar o utilizar de acuerdo a las teoras que le corresponden. METAS Al final del curso el estudiante se apropiar del conocimiento adquirido para lograr ejecutar en cualquier campo, clculos de precipitacin, balances hidrolgicos, y construccin de curvas de IDF, teniendo como base la informacin de la regin y la seleccin del equipo o tcnica a utilizar.

COMPETENCIAS El estudiante identificar, describir y caracteriza los diferentes equipos y herramientas utilizadas en hidrologa. Tendr la habilidad para gestionar y administrar de forma sostenible el recurso hdrico, a nivel local, regional y nacional.


UNIDAD 1 Nombre de la Unidad Introduccin CONCEPTOS BSICOS DE HIDROLOGA. La primera unidad, trata los conceptos generales de la hidrologa, mostrando una definicin de la hidrologa y de su historia. Se destaca la importancia del ciclo hidrolgico y su relacin con la cuenca hidrogrfica, como unidad fundamental de anlisis. En este sentido se hace una breve descripcin de los aspectos fundamentales de una cuenca hidrogrfica. Adquirir conceptos bsicos de hidrologa. Definir que es una cuenca hidrogrfica. Comprender las formas en que se presenta el agua en la corteza terrestre. CONCEPTO DE HIDROLOGA. DEFINICIN E HISTORIA DE LA HIDROLOGA ELEMENTOS BSICOS DE LA HIDROLOGA CICLO HIDROLGICO BALANCE HIDRICO EJEMPLO DE BALANCE HIDRICO CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRFICA DEFINICIN Y GENERALIDADES. FACTORES QUE AFECTAN LA HIDROLOGA LA CUENCA LA CUENCA Y LOS SISTEMAS ESTRATGICOS SERVICIOS AMBIENTALES CARACTERSITICAS DE LAS CUENCAS Y LOS CAUCES CARACTERSTICAS DE LA RED DE DRENAJE PATRONES DE DRENAJE CLASIFICACIN DE HORTON CARACTERSTICAS DEL REA DE CAPTACIN (VERTIENTES)

Intencionalidades Formativas

Denominacin de captulo 1 Denominacin de Leccin 1 Denominacin de Leccin 2 Denominacin de Leccin 3 Denominacin de Leccin 4 Denominacin de Leccin 5 Denominacin de captulo 2 Denominacin de Leccin 6 Denominacin de Leccin 7 Denominacin de Leccin 8 Denominacin de Leccin 9 Denominacin de Leccin 10 Denominacin de captulo 3 Denominacin de Leccin 11 Denominacin de Leccin12 Denominacin de Leccin 13 Denominacin de Leccin 14


Denominacin de Leccin 15

CLASIFICACIN DE LAS CUENCAS HIDROGRFICAS

UNIDAD 2

Nombre de la Unidad Introduccin

Intencionalidades Formativas

Denominacin de captulo 4 Denominacin de Leccin 16 Denominacin de Leccin 17 Denominacin de Leccin 18 Denominacin de Leccin 19 Denominacin de Leccin 20 Denominacin de captulo 5 Denominacin de Leccin 21 Denominacin de Leccin 22 Denominacin de Leccin 23 Denominacin de Leccin 24 Denominacin de Leccin 25 Denominacin de captulo 6 Denominacin de Leccin 26 Denominacin de Leccin 27 Denominacin de Leccin 28 Denominacin de Leccin 29 Denominacin de Leccin 30

PRECIPITACIN. La segunda unidad habla de la precipitacin como fuente principal del agua continental. Se hace una discusin acerca de la formacin de las lluvias y de la forma de medirlas, es decir de obtener datos de precipitaciones. Se introduce al aprehendiente al anlisis estadstico de datos de precipitacin, por esto se retoman conceptos vistos en el curso de Probabilidad y estadstica. Aplicar los conocimientos en la prediccin de eventos hidrolgicos. Obtener herramientas bsicas para la gestin de las aguas continentales. LA PRECIPITACIN CONCEPTO DE PRECIPITACIN COMPOSICIN DE LA ATMSFERA LA TROPOSFERA LA HUMEDAD RELATIVA CARACTERISTICAS DE LA PRECIPITACIN VARIABLES DE UN AGUACERO. GENERALIDADES. VARIABLES MEDICIN DE LA PRECIPITACIN CONSTRUCCIN DE HIETOGRAMA COSNTRUCCIN DE LA CURVA DE MASAS PROCESAMIENTO DE DATOS. GENERALIDADES. METODO DEL PROMEDIO ARITMETICO METODO DE LOS POLIGONOS DE THIESSEN Y DE LAS ISOYETAS ANLISIS DE DATOS CURVAS DE INTENSIDAD, DURACIN Y


FRECUENCIAS (IDF) UNIDAD 3 Nombre de la Unidad Introduccin EVAPORACIN, TRANSPIRACIN, INFILTRACIN Y ESCORRENTA. La tercera unidad retoma los conceptos de evapotranspiracin, escorrenta e infiltracin, como los procesos complementarios al de precipitacin, los cuales describen el flujo de agua a travs del sistema suelo y su interaccin con la produccin agroforestal. Esta unidad est relacionada con el manejo y conservacin del suelo dado que el agua es el principal agente erosivo que un Ingeniero Agroforestal debe aprender a manejar para asegurar la sostenibilidad de las explotaciones. Adquirir habilidades en el manejo y gestin de las aguas superficiales tomando como referencia a la cuenca hidrogrfica. EVAPORACIN Y TRANSPIRACIN GENERALIDADES SOBRE EVAPORACIN. MEDICIN DE LA EVAPORACIN. ESTIMACIN DE LA EVAPORACIN GENERALIDADES SOBRE TRANSPIRACIN MEDICIN DE LA TRANSPIRACIN Y LA EVAPOTRANSPIRACIN INFILTRACIN. GENERALIDADES. MODELOS DE INFILTRACIN. MEDICIN DE LA INFILTRACIN AGUA EN LA ZONA SATURADA Y NO SATURADA MEDICIN DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRALICA ESCORRENTA. GENERALIDADES. MEDICIN DE CAUDALES. RELACIONES LLUVIA ESCURRIEMIENTO. HIDROGRAMAS

Intencionalidades Formativas Denominacin de captulo 7 Denominacin de Leccin 31 Denominacin de Leccin 32 Denominacin de Leccin 33 Denominacin de Leccin 34 Denominacin de Leccin 35 Denominacin de captulo 8 Denominacin de Leccin 36 Denominacin de Leccin 37 Denominacin de Leccin 38 Denominacin de Leccin 39 Denominacin de Leccin 40 Denominacin de captulo 9 Denominacin de Leccin 41 Denominacin de Leccin 42 Denominacin de Leccin 43 Denominacin de Leccin 44


Denominacin de Leccin 45

HIDROLOGA FORESTAL.


UNIDAD 1. CONCEPTOS BSICOS DE HIDROLOGA. Introduccin Colombia a lo largo de sus ltimos 50 aos ha vivido una degradacin paulatina de los recursos naturales, motivada por los factores sociales adversos que ha vivido el pas. Fenmenos como la deforestacin y prdida de la biodiversidad se han sucedido en la mayora de nuestros ecosistemas, alterando la dinmica natural de los mismos y por ende la oferta de bienes ambientales. La Hidrologa se plantea como la ciencia que permite estudiar el agua sobre la superficie terrestre, teniendo en cuenta sus interacciones. Para los profesionales del sector agropecuario, este conocimiento se est volviendo cada da ms necesario debido a los cambios que est sufriendo el clima global debido al calentamiento. Es imprescindible pronosticar y predecir la oferta de recursos hdricos para el presente y futuro, para as poder tomar las previsiones necesarias mediante la planeacin de las explotaciones asesoradas. La primera unidad, trata los conceptos generales de la hidrologa, mostrando una definicin de la hidrologa y de su historia. Se destaca la importancia del ciclo hidrolgico y su relacin con la cuenca hidrogrfica, como unidad fundamental de anlisis. En este sentido se hace una breve descripcin de los aspectos fundamentales de una cuenca hidrogrfica.

OBJETIVOS Adquirir conceptos bsicos de hidrologa. Definir que es una cuenca hidrogrfica. Comprender las formas en que se presenta el agua en la corteza terrestre.


REFLEXIN 1. Cree que existen Ciencias afines a la Hidrologa? Relacione algunas de ellas y comente el porqu de su complementariedad? 2. Cules considera Usted que podran ser las herramientas o equipos bsicos para realizar actividades hidrolgicas? 3. Explique que entiende por ciclo hidrolgico y cuenca hidrogrfica. 4. Analice y discuta con sus compaeros cules pueden ser las competencias que le aporta el estudio de Hidrologa a su vida profesional?


CAPITULO 1: CONCEPTO DE HIDROLOGA. Leccin 1: DEFINICIN E HISTORIA DE LA HIDROLOGA. La hidrologa proviene de las races hidro y loga que pueden expresarse como el estudio del agua o de las aguas. Sin embargo una de las definiciones ms completas ha sido la suministrada por el ingeniero Chino Ven Te Chow fundador y editor en jefe de Handbook of Applied Hidrology (1964), quien dijo que la hidrologa es la ciencia que estudia el agua en cuanto a su origen, distribucin y circulacin sobre la superficie terrestre, teniendo en cuenta sus propiedades, fsicas, qumicas y su relacin con el medio ambiente. La hidrologa como ciencia es relativamente antigua. Civilizaciones tan antiguas como la Griega, con su pensadores trataron de explicar el por que de la lluvia, por que los ros fluan. Fue el filosofo griego Anaxgoras quien dio una explicacin al proceso, donde intuyo que las lluvias provenan de la evaporacin del agua de mar por parte del sol. Posteriormente Teofrasto y el romano Marco Vitruvio basados en las ideas de Anaxgoras, definieron lo que hoy conocemos como ciclo hidrolgico. Las civilizaciones asiticas, generaron una aproximacin ms de medicin, para lo cual llevaron registros sistemticos de precipitaciones, cada de nieve y viento, llegando a una teora sobre el ciclo hidrolgico tal como la conocemos hoy, alrededor del 900 400 A.C., sin embargo por su poca comunicacin con occidente, sus teoras no impactaron significativamente el conocimiento del resto del mundo. Durante la edad media y el renacimiento el concepto de hidrologa no avanz en gran medida, hasta que Leonardo da Vinci realiz mediciones sistemticas de velocidades en diferentes cauces, con lo que lleg a la conclusin que el agua es ms rpida en la superficie que en el fondo. En la era moderna varios cientficos aportaron sus teoras para la consolidacin de lo que hoy conocemos como hidrologa. Entre ellos tenemos: Dalton en 1802 describi un principio para la evaporacin; Hagen y Poiseuille en 1839, describieron una teora para el flujo laminar; Darcy en 1856 presento su ecuacin para el flujo en medios porosos; Manning (1891) present su ecuacin para el flujo en canales abiertos; Hazen en 1914 introdujo el anlisis de frecuencia para los mximos de una creciente; Horton en 1933 desarrollo una aproximacin a la infiltracin y en 1945 present su descripcin de las cuencas de drenaje (ndices de Horton) y finalmente en 1941 Gumbel propuso la ley de valor extremo para estudios hidrolgicos. Todas estas teoras independientes ayudaron a consolidar la naciente ciencia de la hidrologa hasta que a mediados del siglo XX (70s) alcanz un reconocimiento definitivo como disciplina.


Leccin 2: ELEMENTOS BSICOS DE HIDROLOGA La distribucin del agua en la naturaleza, ya sea en las capas superiores de las atmsfera, en la superficie de la tierra o en los horizontes subterrneos del suelo es estudiada por la ciencia de la Hidrologa, lo mismo que los mtodos o sistemas disponibles para valorar en forma cualitativa o cuantitativa la magnitud de los fenmenos fsicos asociados con el movimiento y distribucin de estas aguas. La Hidrologa en su conjunto depende del clima que es la resultante de la influencia que ejercen los factores humedad, temperatura, luz solar, viento, presin atmosfrica y cuya manifestacin diaria constituye el tiempo. En cualquier lugar las variables atmosfricas o factores del clima varan, de acuerdo, con la regin geogrfica, la topografa, la proximidad a las cordilleras, los mares, los suelos, la vegetacin, el hombre y el tiempo. De lo anterior surgen los macro y los microclimas. El primero incluye variables atmosfricas en la masa del aire libre, encima de la superficie de la tierra y se miden a unos cuantos metros sobre el nivel del mar registradas en las estaciones meteorolgicas y que se refieren a temperatura, precipitacin, humedad relativa, vientos, presin atmosfrica, luz solar y evaporacin. En cuanto al microclima se refiere al clima del espacio cercano al suelo donde crecen los cultivos, y depende de la actividad fotosinttica, la transpiracin, el sombreado mutuo de las plantas, cubierta del suelo, humedad, aireacin y otros factores que lo diferencian del microclima, hacindolo mas importante para el agricultor y el ganadero. En conclusin la Hidrologa est influenciada por es parte del medio ambiente que denominamos clima, tiene una naturaleza muy compleja y depende de variables atmosfricas, entre las cuales las mayores son la humedad, la temperatura y la luz solar. Leccin 3. CICLO HIDROLGICO. El ciclo hidrolgico, representa el concepto fundamental en hidrologa, ya que explica como es el comportamiento del agua a lo largo de la superficie terrestre. En la Tierra el agua, se mueve en el espacio llamado hidrsfera, que es la zona definida por la capa inferior de la atmsfera y la capa superior de la litsfera (Corteza terrestre). El ciclo hidrolgico es un ciclo cerrado, es decir se repite indefinidamente, en el cual el agua contenida en los ocanos y en la superficie terrestre es evaporada por la accin del sol y la respiracin de las plantas y convertida en vapor de agua.


Este vapor viaja por la atmsfera (en forma de nubes) hasta que se eleva lo suficiente para condensarse. En este punto retorna a la superficie terrestre en forma de lluvia o nieve. El agua que cae en la superficie terrestre puede tomar varios caminos: Puede ser interceptada por la vegetacin (Hojas y tallos, plantas epifitas), convertirse en flujo superficial sobre el suelo (escorrenta) hasta llegar a un cuerpo de agua (Ro, quebrada, lago o laguna) o puede infiltrarse hasta llegar a los acuferos (agua subterrnea). Es importante anotar que parte de esta agua, sobre todo la retenida en la vegetacin y la de escorrenta se puede evaporar directamente por accin del sol, con lo que no regresa al mar. En la Figura 1, se presenta un esquema del ciclo hidrolgico. El agua en la superficie terrestre presenta aproximadamente la siguiente distribucin.

Leccin 4: BALANCE HIDRICO En trminos hidrolgicos es importante cuantificar o hacer un balance de agua que pasa por un sistema dado. El balance tiene en cuenta las entradas, las salidas y la variacin en el almacenamiento del sistema. Las entradas estn definidas por: Precipitacin (P) en forma de Lluvia y/o nieve, agua de escorrenta (Qgin), agua superficial (Qin) y aguas subterrneas entrantes (Gin). Las salidas estn definidas por: Evaporacin (Es), transpiracin (Ts), agua de escorrenta (Qgout), agua superficial (Qout), infiltracin (I) y aguas subterrneas salientes (Gout). Ver Figura 2.


La variacin en el almacenamiento est definida como la diferencia entre lo que entra y lo que sale y est definido por la ecuacin (1), definido para un volumen de control, que se define como la porcin de corteza terrestre a la cual se le va a determinar la variacin en el almacenamiento.


Sumando y reagrupando trminos tenemos:

El balance hdrico, como se observa en la ecuacin anterior retoma toda el agua que atraviesa las barreras del volumen de control, o sea que tiene en cuenta tanto el agua superficial como la subterrnea. Sin embargo, en trminos prcticos lo que se hace normalmente es determinar el balance del agua superficial, es decir


obtener valores de precipitacin, evaporacin, transpiracin, escorrenta y de aguas superficiales para una zona dada. Leccin 5. EJEMPLO DE BALANCE HIDRICO Ejemplo 1. En la siguiente Tabla se presentan los datos de precipitacin y de evapotranspiracin para una zona que cuenta con un suelo que tiene una capacidad de almacenamiento mxima de 120 mm:

En la Tabla anterior se observa que se tienen datos de la entrada principal de agua al sistema (Precipitacin) y de dos de las salidas principales (Evapotranspiracin), con base en estos datos podemos calcular si se presenta dficit hdrico (no hay salidas adicionales a la evapotranspiracin, o sea que la evapotranspiracin es mayor que la precipitacin), o exceso (una vez se copa la capacidad de almacenamiento del suelo, se presenta escorrenta y/o infiltracin, o sea que la precipitacin es mayor que la evapotranspiracin). Calculamos el balance mes a mes: Como se planteaba al inicio del ejemplo, el suelo tiene una capacidad de almacenamiento de 120 mm, por lo que se debe calcular el almacenamiento acumulado1 para conocer realmente el comportamiento del agua en el suelo a lo largo del ao. Para esto tenemos en cuenta que los dficit no se acumulan, es


decir cuando el suelo llega a un contenido de agua de cero milmetros (0 mm), no puede seguir disminuyendo. El almacenamiento se acumula hasta que llega a 120 mm, a partir de este momento toda agua adicional que llegue al suelo se va a convertir en un exceso y se va manifestar como infiltracin o escorrenta superficial. En la Tabla 3 se presenta el balance definitivo.

En la Figura 3 se presenta grficamente el calculo del balance hdrico, es importante anotar que las zonas definidas por la curva de avapotranspiracin en la parte superior y la de precipitacin en la parte inferior (Zonas 1, 2 y 3), son periodos con dficit hdrico, en los cuales las plantas sobrevivirn gracias al almacenamiento de agua en el suelo.



CAPITULO 2: CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRFICA.

Leccin 6: DEFINICIN Y GENERALIDADES. Se define cuenca hidrogrfica como aquella regin natural en la cual todas las aguas son recogidas y evacuadas por un colector comn, de tal forma que toda el agua que cae en ella es drenada por el mismo punto tal como se ilustra en la Figura 4.

Una cuenca puede poseer una corriente principal a la cual llegan otros cauce ms pequeas, como las quebradas, en este caso se puede hablar de subcuencas. Si la extensin de la subcuenca es de solo unas pocas hectreas (menos de 10 km2) se le denomina microcuenca. La unin de varias cuencas principales se denomina hoya o cuenca principal y la agrupacin de cuencas principales forma una vertiente.


Una cuenca hidrogrfica est dividida de las aledaas por una divisoria de aguas, que no es ms que la lnea que une las partes ms elevadas de la cuenca y que contiene al o los cauces que forman la cuenca. En este sentido se habla de un divisoria de aguas topogrfica, o sea que el relieve es el que define para donde escurren las aguas que caen sobre la superficie (cuenca). Tambin puede hablarse de una divisoria fretica, es decir para donde escurren las aguas subterrneas. Normalmente la divisoria geogrfica y la divisoria fretica coinciden, es decir tanto el agua fretica como la superficial escurren a la misma cuenca. Sin embargo, puede darse el caso que la divisoria fretica no coincida con la topogrfica, en este caso, las aguas subterrneas pueden fluir hacia una cuenca diferente a lo que la hacen las superficiales (Figura 5). En la prctica, es bastante complejo determinar hacia donde corren las aguas subterrneas, a no ser que se construya una red freatimtrica, es decir, perforar un conjunto de pozos siguiendo una cuadrcula, para con base en la altura del agua subterrnea de cada pozo, construir un mapa de alturas del agua fretica o subterrnea y as determinar hacia donde corre. Es por esto que en la mayora de los trabajos se supone que la divisoria geogrfica y la topogrfica coinciden perfectamente. Colombia presenta caractersticas hidrolgicas muy particulares entre las que podemos mencionar una precipitacin 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 escorrenta, lo que genera un volumen anual de 2113 km3, esto puede generar un caudal promedio de 58 l/s. Colombia en trminos generales est conformada por cinco vertientes hidrogrficas principales, cuyas caractersticas ms generales se muestran en la Tabla 5. Leccin 7. FACTORES QUE AFECTAN LA HIDROLOGA. Entre los factores que afectan la hidrologa de la cuenca se tiene el suelo, la vegetacin, el relieve y la topografa y las caractersticas ecolgicas. El suelo como ya se coment es el responsable de la acumulacin de agua en el sistema hidrolgico. El agua se almacena bsicamente en los microporos, los cuales son espacios de menos de 2 mm de dimetro ubicados al interior de los peds (unidades estructurales de los suelos). La capacidad de almacenamiento depende en gran medida de la textura del suelo, es decir de la proporcin relativa de arena, limo y arcilla que lo componen. A pesar de la gran variabilidad que presentan los suelos y en especial los tropicales como los de Colombia, se puede en trminos generales afirmar que los suelos arcillosos tiene una mayor proporcin de microporos que los arenosos y por tanto pueden almacenar ms agua.


Hay otro tipo de poros llamados macroporos, los cuales se definen como aquellos poros con dimetro mayor de 2 mm. Estos poros son formados por la estructura del suelo, es decir bsicamente son generados por la separacin entre unidades estructurales. Sin embargo, tambin pueden ser formados por la accin de macroorganismos como lombrices, hormigas y races de rboles. El conjunto de macroporos y microporos define la porosidad total del suelo. Si bien los microporos son los encargados de almacenar agua, los macroporos son los encargados de permitir su paso a travs del perfil del suelo, es decir generan la infiltracin del agua. La infiltracin est condicionada por el valor de la infiltracin bsica, la cual se expresa como el mximo valor que pueden transportar los macroporos en condiciones saturadas, es decir cuando macro y microporos estn llenos de agua.


El funcionamiento de los macroporos es importante en trminos de hidrologa porque una vez el aporte de agua al suelo (Lluvia, riegos u otros), exceden el valor de infiltracin bsica, se genera un exceso que al no poder ser manejado por los macroporos (mediante la infiltracin), se queda en la superficie y comienza a escurrir por la pendiente, generndose lo que se conoce como escorrenta superficial. El relieve y la topografa se consideran como factores que afectan la hidrologa ya que su interaccin define el tipo de suelo que se forma en una regin determinada y por tanto el comportamiento interno del mismo (almacenamiento y transporte), al momento de interactuar con el agua, adems que la inclinacin de los perfiles favorece el incremento de la escorrenta, al no darle tiempo suficiente al agua para que infiltre en el suelo. La vegetacin afecta la hidrologa dado que genera la transpiracin que es la mayor prdida de agua que sufre el suelo. La vegetacin afecta tambin la hidrologa en forma indirecta al cambiar las condiciones naturales del suelo,


primero por el aporte constante de materia orgnica, la cual tiene propiedades cementantes, es decir favorece la formacin de estructuras ms estables y por tanto el incremento de macroporos y microporos. Segundo sus races al penetrar en el suelo y luego morir, generan galeras que se comportan como macroporos al momento de permitir el paso de agua a travs del perfil. Leccin 8. LA CUENCA Se concibe la cuenca hidrogrfica como un sistema, es decir, como una unidad espacial en la cual interactan un conjunto de componentes fsicos, biticos, sociales, econmicos, y el hombre como actor principal, donde se investigan los procesos e interacciones que se dan, las cuales permiten tener conocimiento para modelar, controlar el sistema y satisfacer las demandas de la comunidad, las cuales deben adelantarse bajo la concepcin de la teora general de sistema, ya que dicha teora integra cada una de las partes hasta alcanzar una totalidad, construyendo, discutiendo, analizando y explicando las relaciones generales del mundo emprico y ofrece un ambiente adecuado para la interrelacin y comunicacin fecunda entre especialistas y especialidades. Los componentes de la cuenca son todos los elementos o factores del entorno natural, los cuales no se pueden excluir, por cuanto en el balance de la naturaleza actan todos en forma integral, siendo la cuenca un sistema abierto, interactuando con su medio e importando energa, transformando de alguna forma esa energa y finalmente exportando la energa convertida. Los desastres naturales como las acciones antrpicas que ocurren constantemente en nuestro ambiente, provocan alteraciones de los ecosistemas uno de ellos son los ocasionados a las cuencas hidrogrficas, cualquier alteracin en las partes altas produce un efecto en las partes bajas mostrando as, que la cuenca debe verse de una manera holstica como un sistema integrado y cualquier alteracin puede ocasionar efectos en sus relaciones interiores como exteriores.

Claramente establecida la interrelacin entre el manejo de las cabeceras de las cuencas hidrogrficas y los efectos en las cuencas bajas, las consecuencias de la mala gestin de la tierra, las malas prcticas agrcolas, el pastoreo excesivo, la deforestacin, la inapropiada ubicacin de las urbanizaciones y la inadecuada reduccin de la contaminacin en la cabecera de la cuenca, se manifiestan en la parte baja en situaciones extremas como la disponibilidad y calidad del suministro de agua, mayor vulnerabilidad de la poblacin, diferentes objetivos econmicos, vulnerabilidad a los desastres naturales, reduccin de la capacidad de generacin de agua pura a cursos de agua sedimentados y al dao de otros ecosistemas


existentes en la cuenca. Los desastres naturales como las acciones antrpicas demuestran as mismo el nexo entre la pobreza, la degradacin ambiental y la vulnerabilidad a los desastres naturales, que tiene como resultado an mayor pobreza. Las decisiones sobre los recursos que deben invertirse en el manejo de las cabeceras de las cuencas hidrogrficas han de tener en cuenta los servicios ambientales cruciales que se prestan a los beneficiarios en las cuencas bajas.

El manejo correcto de las cuencas hidrogrficas, que combina, segn convenga, la proteccin de parques, reforestacin, prcticas agrcolas y silvicultura sostenibles son vitales para la proteccin de las comunidades, la subsistencia, las tierras agrcolas. Desde este punto, es necesario ver una cuenca hidrogrfica como unidad de planificacin que gue las decisiones polticas hacia estudios e investigaciones integrados de los diferentes profesionales que entran a hacer parte de un estudio. Las cuencas hidrogrficas, por ser la unidad fsica en la cul tienen lugar todos los procesos naturales, son as mismo la unidad natural y lgica para el desarrollo agrcola, ambiental y socioeconmico. Con el crecimiento demogrfico y el aumento de las necesidades de urbanizacin, industrializacin y produccin de alimentos, los efectos de la actividad antropognica ya no se limitan slo a zonas pequeas ni a una comunidad en particular; deben examinarse en un contexto ms amplio en el que ocurren. Por lo que se hace necesario, el conocimiento de todos los elementos que la componen y sus interrelaciones como tambin los estudios se deben realizar de una manera integral. La cuenca como unidad, tiene caractersticas geogrficas, fsicas y biolgicas similares, que la hacen funcionar como un ecosistema, por ello se considera que las Cuencas Hidrogrficas son la mejor unidad geogrfica para la planeacin del desarrollo regional.


Leccin 9. LA CUENCA Y ECOSISTEMAS ESTRATGICOS Los ecosistemas estratgicos deben entenderse como partes diferenciables del territorio donde se concentran funciones naturales de las cuales depende, de manera especial y significativa, bienes y servicios ecolgicos vitales para el mantenimiento de la sociedad y de la naturaleza. La Cuenca Hidrogrfica constituye el componente vital de recursos naturales (agua, clima, suelos, fauna, flora, paisaje, espacio, accesibilidad) para los asentamientos poblacionales all presentes y, visto desde el enfoque de sistemas, permite evaluar la manera en que el funcionamiento, Arquitectura y la productividad de los ecosistemas proporcionan estos recursos siendo afectados por la forma en que los seres humanos como entes sociales modifican su comportamiento.

El ecosistema segn Gastn, es una unidad ecolgica bsica, resultado de la integracin e interdependencia ordenada de los elementos vivos y no vivos de la naturaleza, (vegetacin, fauna, tierra, agua, hombre) que buscan un equilibrio natural y se convierten en la mxima expresin de unidad comprensiva de naturaleza cuando se expresa como una representacin isomrfica en donde se puede ordenar espacialmente los recursos a travs de arquitecturas o arreglos morfolgicos y funcionamientos tipolgicamente estructurados como zonas de vida, como unidades taxonmico espaciales.

Adems ser un modelo explicativo de la naturaleza, el ecosistema est concebido como un bien ambiental y pensado socialmente como un satisfactor de necesidades bsicas en bienes y servicios.

Los ecosistemas tambin se definen como unidades estructurales y funcionales de la naturaleza, conformadas por conjuntos de organismos que interactan entre s y con el entorno fsico o hbitat, a travs de intercambios de materia, energa e informacin. Los principales tipos de ecosistemas terrestres colombianos son diferentes clases de selvas, bosques, sabanas, xerfitas y pramos tropicales.


Mrquez, explica la interaccin sociedad-ecosistema de la siguiente manera: Satisfaccin de necesidades bsicas: provisin de agua, aire, suelos para la produccin de alimentos y energa. Produccin econmica: provisin oportuna de agua, energa, materias primas. Prevencin de riesgos: mitigacin de deslizamientos, inundaciones, terremotos, huracanes. Relaciones polticas, sociales, culturales, histricas: alrededor de cuencas internacionales, territorios tradicionales, patrimonios (biodiversidad). Mantenimiento de equilibrios ecolgicos bsicos: regulacin clima e hidrologa, conservacin de biodiversidad. Funcin como sumidero o vertedero de desechos: atmsfera planetaria, ros que reciben aguas negras, botaderos de basura etc. Provisin de recursos naturales: principalmente pesca, maderas finas, extractos medicinales entre otros.

Leccin 10. SERVICIOS AMBIENTALES En las ltimas dcadas se ha hecho cada vez ms evidente que la humanidad y el medio ambiente estn ntimamente relacionados. El bienestar de la poblacin depende de la oferta natural presente en nuestro territorio, en la disponibilidad de recurso hdrico que es indispensable en todas las actividades productivas y en la funcin que cumplen las reas naturales y de la capacidad de los ecosistemas de proveer bienes y servicios ambientales tales como la disponibilidad y regulacin hdrica, regulacin climtica, paisaje, recreacin, ecoturismo, polinizacin de cultivos, maderas y fibras naturales, adems de los recursos naturales no renovables entre otro que son indispensables para la supervivencia del hombre y del planeta.

Los ecosistemas son importantes para la sociedad pues le prestan una serie de servicios directos adems de cumplir sus funciones puramente ecolgicas como los flujos de energa, los ciclos de la materia y las transferencias de informacin. Los bienes y servicios ambientales que ofrecen los ecosistemas segn Marquez son:


- Satisfaccin de necesidades bsicas. Como el aprovisionamiento de agua y aire (ayuda a regular las actividades naturales); los suelos que proveen alimentos - Productividad. La calidad de suelos y climas permiten que la productividad se de en ptimas condiciones. Por ejemplo los ciclos climticos son indispensables, ya que armonizan los procesos productivos que al ser alterados se puede convertir en una amenaza para el bienestar social. - Equilibrio natural. Los ecosistemas garantizan la regulacin de los ciclos hidrolgicos y climticos, para poder programar los cultivos. - Asimilacin de desechos. Algunos ecosistemas cumplen la funcin de vertedero como la atmsfera que recibe descargas de gases. - Relaciones sociales. Los ecosistemas son el mbito donde se desempea la vida de la sociedad y tambin son vistos como elementos culturales y simblicos (apego a la patria). - Prevencin de riesgos. La vegetacin cumple una tarea fundamental en el soporte y estabilizacin de taludes y evita que el agua llegue en exceso al suelo o se acumule, regulando el impacto de inundaciones, vendavales, huracanes e incluso terremotos. - Recursos naturales. Los ecosistemas aportan recursos naturales como la madera y la pesca. Estos servicios ambientales, de gran importancia para la sociedad se ven mermados a consecuencia de la deforestacin de las reas de captacin y de los bosques de ribera, la contaminacin fsica y qumica de los cauces fluviales, y aguas subterrneas, la introduccin de especies exticas para reforestacin y piscicultura, la reduccin de los caudales ecolgicos en cursos fluviales, la sobreexplotacin de acuferos subterrneos, y otros procesos de degradacin ambiental.


CAPITULO 3: CARACTERSITICAS DE LAS CUENCAS Y LOS CAUCES. Leccin 11. CARACTERSTICAS DE LA RED DE DRENAJE. En trminos generales toda cuenca hidrogrfica puede suponerse dividida en tres partes geogrficas: Cuenca de recepcin, garganta o canal de desage y lecho o cono de deyeccin. La cuenca de recepcin se define como la parte alta de la cuenca, donde se recibe la mayor proporcin de agua, tanto de la lluvia como de la interceptacin de la neblina, estas son las zonas donde se encuentran la mayora de afloramientos de aguas subterrneas que dan lugar a las aguas superficiales en forma de quebradas y ros. Esta zona igualmente es la ms susceptible a procesos erosivos, tanto de origen natural (causada por el arrastre de sedimentos debido a las precipitaciones), como la antrpica, que es la causada por el hombre debido al mal manejo de los suelos, al incorporar prcticas no conservacionistas del suelo en sus actividades agropecuarias. La garganta o canal de desage, hace referencia al curso de agua propiamente dicho, el cual corre en un valle, con vertientes a lado y lado. En este tramo el cauce sufre los efectos de la corriente de agua, que a medida que transita pro el valle va erosionando unos sectores y depositando sedimentos en otros, todo esto definido por la dinmica propia de la corriente en particular. Es importante anotar que cada curso de agua tiene una dinmica diferente dependiendo de la pendiente del cauce, del tipo de suelo sobre el que transcurre, del caudal de agua transportado y del arrastre o no de sedimentos. El lecho o cono de deyeccin se puede explicar como la parte final de la cuenca hidrogrfica, caracterizada por la baja pendiente del cauce. En este caso la corriente transcurre lentamente, lo que favorece la depositacin de los sedimentos ms pesados que han sido arrastrados desde la cuenca de recepcin y del canal de desage. La forma particular que toma la corriente depender de la pendiente y del tipo de suelo en el que transcurre, pudindose presentar un cauce nico o en su defecto un delta, en el cual la corriente se divide en diferentes brazos que nacen del mismo punto y que tienen forma triangular. En la mayora de las cuencas pequeas y medianas, se distingue claramente las dos primeras partes, es decir la cuenca de recepcin, normalmente llamada nacimiento, y la garganta o canal de desage que define el curso de la corriente propiamente dicha. El cono de deyeccin casi siempre se presenta solamente en las cuencas principales o en las de los grandes ros. Independientemente de si una cuenca cuenta o no con las tres partes geogrficas antes explicadas, siempre est compuesta por dos elementos que la definen como tal: Talweg y vertientes.


El talweg se define como el canal natural por el cual circula el agua. Esto es, se puede definir como el cauce de la corriente de agua. Debido a esto, casi siempre el cauce representa la unin de los puntos ms bajos del terreno, razn por la cual el agua busca este camino para ser evacuada. Las vertientes son las superficies receptoras de aguas, cuya rea transcurre desde el talweg hasta la lnea divisoria de aguas. Por ser las zonas que captan el agua que va a fluir hacia el cauce, son muy susceptibles a procesos erosivos si no cuentan con la suficiente proteccin. Leccin 12. PATRONES DE DRENAJE Dependiendo de la forma que presente el o los talweg que posee la cuenca, se puede hablar de patrones de drenaje, entendido esto 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: Drenaje dendrtico: En este caso los talweg se van agrupando sucesivamente dando la apariencia de un rbol ramificado. Este patrn de drenaje se origina con predileccin en suelos homogneos de textura fina (arcillosos u orgnicos) o en suelos que presentan un estrato rocoso superficial. Estos suelos poseen una permeabilidad baja al poseer pocos macroporos, esto quiere decir que el agua atraviesa lentamente el perfil del suelo. Ver Figura 6. Drenaje subdendrtico. Este tipo de drenaje es muy similar al anterior, con la particularidad que los diferentes talwegs o cauces tienen una conformacin casi paralela. Ver Figura 7. Drenaje paralelo. En este caso los cauces tienen una conformacin paralela, desaguando en lugares diferentes. Se forman predominantemente en suelos de textura gruesa (arenosos) y con pendiente uniforme. Ver Figura 8. Drenaje subparalelo. Es muy similar al anterior pero los cauces desaguan en un colector comn. Ver Figura 9. Drenaje radial. En este caso, los cauces parten de un lugar comn y se van separando en forma radial de este. Normalmente se presenta en formaciones cnicas tipo cerro o volcn. Ver Figura 10.



Las formas de drenaje presentadas son las ms comunes, sin embargo, existen otras formas tales como drenaje enrejado, anular, rectangular, los cuales son ms complicados de definir claramente, ya que sus formas pueden darse por la unin de otras ms simples, como las presentadas anteriormente. Leccin 13. CLASIFICACIN DE HORTON Para obviar la clasificacin de los cauces por forma, dada las complejidades que presenta para escoger una concreta, se definieron ndices numricos para su clasificacin. El ms utilizado es el de Horton, el cual define las magnitudes de los cauces de acuerdo a su ndice numrico tal como sigue: Cauces de primer orden son aquellos que no reciben agua de otro tributario, sino directamente del escurrimiento de la vertiente, por esto son los cauces ms pequeos y algunos de ellos solo fluyen en la poca de lluvias. En este sentido podran tomarse como los afloramientos o nacimientos. Los cauces de segundo orden corresponden a la unin de dos de primer orden. Los de tercer orden a la unin de dos de segundo orden y as sucesivamente. En el caso que un cauce de orden menor desemboque directamente en uno de orden mayor, el orden del cauce resultante ser el mismo que tena el mayor, por ejemplo si un cauce de orden 3 desemboca en uno de orden 4, el orden resultante ser 4. Ver Figura 11.



Leccin 14. CARACTERSTICAS DEL REA DE CAPTACIN (VERTIENTES). La primera de las caractersticas que puede determinarse al rea de captacin y a la vez la ms comn es el rea. En este sentido es importante aclarar que cuando e habla de rea de una cuenca se est tomando la proyeccin vertical de la cuenca, es decir se mide el rea de la proyeccin y no el rea superficial de la vertiente. La proyeccin vertical de las diferentes elevaciones de la cuenca es lo que define los planos con curvas de nivel, es decir aquella lnea que tiene la misma elevacin en todos sus puntos. La medicin del rea es importante ya que entre mayor sea esta, mayor va a ser el agua captada y por tanto mayor el caudal transportado por el cauce en pocas de lluvias. El rea de una cuenca se determina por medio de un planmetro sobre un plano a escala. Tambin se puede medir el permetro de la cuenca que es la longitud de la lnea que envuelve la cuenca, o dicho en otras palabras, la longitud de la lnea divisoria de aguas (divisoria geogrfica). La longitud axial (Lc) de la cuenca se define como la distancia entre la desembocadura y el punto ms alejado de la cuenca. El ancho promedio de la cuenca (Em) se obtiene al dividir el rea de la misma entre la longitud axial. Las anteriores caractersticas se presentan en la Figura 12.


En cuanto a la forma de la cuenca, se puede determinar indirectamente a travs de varios ndices tales como el ndice de compacidad y el factor de forma entre otros, los cuales comparan la forma de la cuenca con la de figuras geomtricas tales como crculos y rectngulos. El factor de forma (F), fue definido por Horton, como un ndice adimensional, el cual se expresa de la siguiente forma.

Este ndice compara la forma de la cuenca con la de figuras geomtricas. Esto es el factor de forma de un crculo es 0.79, el de un cuadrado con un cauce que salga por el punto medio de uno de sus lados es de 1.0 y si sale por una de sus diagonales 0.71. Se recomienda al lector encontrar estos valores utilizando la ecuacin (5). El ndice de compacidad (Kc), compara el permetro de la cuenca con el permetro de un crculo que tenga igual rea, de acuerdo con la siguiente expresin.

Reemplazando en (5) la expresin para el permetro de un crculo nos queda:


Los valores de Kc se pueden interpretar como sigue: 1.00 < Kc < 1.25, la cuenca es de forma redonda a oval redonda; 1.25 < Kc < 1.50, la cuenca es de forma oval redonda a oval oblonga y si 1.50 < Kc < 1.75, la cuenca es de forma oval oblonga a rectangular oblonga (Henao, 1998 : 60). Leccin 15. CLASIFICACIN DE LAS CUENCAS HIDROGRFICAS El primer intento de clasificacin de cuencas se debe a Gravellius (1914) quin consider que el ro ms grande es de orden uno (1) y los afluentes que llegan a l son de orden dos (2) y as sucesivamente. Luego Horton en 1945 invirti el sistema de ordenamiento, asignando el primer orden a las corrientes de los cauces de menor tamao que tengan alguna cantidad de escorrenta. Luego aparecieron los modelos de Panov (1948), Strahler (1952) y le sigui Scheidegguer 1965) y Shreve (1966).

Existe tambin, el mtodo de Horton-Strahler en el cual incluye el componente Area, en el cual jerarquizan las cuencas por un control gravitatorio y excluyen aquellas cuencas menores de determinado rango. Igualmente se puede clasificar las cuencas de acuerdo a su comportamiento hdrico: torrencial, perenne, estacional o espordico, dependiendo de los factores fsicos de control intrnseco o externos.

Con la expedicin de la ley 99 de 1993 (Creacin del Ministerio del Medio Ambiente y Organizacin del Sistema Nacional Ambiental, SINA), las cuencas hidrogrficas adquieren un tratamiento de importancia dentro del Estado. La dispersin institucional se racionaliza al concedrsele al Ministerio del Medio Ambiente, entre una de sus funciones, la expedicin y actualizacin del estatuto de zonificacin del uso adecuado del territorio para su apropiado ordenamiento. Las regulaciones nacionales, sobre uso del suelo en lo concerniente a los aspectos ambientales, pautas para el ordenamiento y manejo de cuencas hidrogrficas y dems reas de manejo especial. (Art. 5o, Numeral 12).

Igualmente, en el Marco de la Ley 388 de 1997 sobre el Ordenamiento Territorial, se dan pautas sobre cuencas hidrogrficas que abastecen acueductos


municipales y veredales; y ms recientemente con la expedicin del Decreto 1729 de 2002, establece responsabilidades sobre ordenacin y manejo de las cuencas hidrogrficas y asigna funciones inherentes al control sobre las mismas. Por tanto, una de las ms valiosas herramientas de la prctica hidrolgica, consiste despus de la zonificacin, clasificacin e inventario de cuencas, es la codificacin de las mismas; que permita estudiar y determinar en forma cuantitativa todos los procesos fsicos que contribuyen a la formacin y variacin espacio temporal del recurso hdrico en una zona determinada; la asignacin de un cdigo a la cuenca, facilita identificar y diferenciar unas cuencas de otras. Igualmente, el cdigo permite acceder dentro de una base de datos los diferentes atributos y caractersticas morfolgicas y fisiogrficas e interrelacionar con otras variables su distribucin espacial del agua. De tal manera que para codificar una cuenca del territorio nacional o para identificar una cuenca se procede de la siguiente forma: El cdigo se compone de siete dgitos, estos dgitos se forman a partir de una llave primaria (raz) que contiene cuatro dgitos (abcc) y otra llave fornea que tiene tres dgitos (ddd).

LLAVE PRIMARIA: esta parte de la llave se compone de cuatro dgitos que permite identificar aquellas cuencas de primer y segundo orden mediante un cdigo raz (Fijo e inmodificable). Esta llave primaria ser suministrada por el IDEAM a las CAR. Lo anterior, con la finalidad de coordinar, promover y orientar las acciones de codificacin de las cuencas en donde exista dos o ms autoridades ambientales (CAR) que compartan la misma cuenca, con lo cual permitir mantener y actualizar una base de datos. La llave primaria consta de lo siguiente:

Llave Primaria (a): Zona hidrogrfica (b): Cuenca (c): Subcuenca

Nmero de dgitos 1 1 2

Campos (0-9) (0-9) (0-99)


LLAVE FORANEA: Esta otra parte de la llave, se compone de tres dgitos que permiten numerar en forma secuencial las cuencas que llegan a las Subcuencas, esta labor ser ejecutada por parte de las Corporaciones Autnomas RegionalesCAR quienes una vez hayan obtenido la llave primaria (raz) de la cuenca, procedern a numerar en orden ascendente las cuencas que alimentan a las Subcuencas, una vez cumplida esta labor queda conformado el cdigo para cada cuenca. Las CARs reportaran al IDEAM el cdigo completo con los atributos de la cuenca. Lo anterior con el objeto de definir y organizar una base de datos con la informacin suministrada por parte de las corporaciones y con la informacin obtenida por parte del IDEAM. La llave fornea consta:

Llave Fornea: (ddd):

Nmero de Dgitos 3

Campos (000-999)

La llave fornea es un nmero secuencial (consecutivo) que permite numerar cada cuenca en forma ascendente. Es decir con este nmero se puede numerar cuencas de tercer orden en adelante. De tal forma que la estructura del cdigo implementado tiene bsicamente siete dgitos, donde representan: El primer nmero, identifica la Zona Hidrogrfica. El segundo nmero, identifica la subcuenca. El tercer nmero y cuarto nmero, la cuenca. Y del quinto al sptimo nmero, las cuencas que le llegan a la Subcuenca de tercer orden en adelante identificadas por las CARs.


ACTIVIDADES Con el propsito de identificar cunto se progres en el rendimiento acadmico, responda las siguientes preguntas de forma individual. 1. Utilizando un mapa conceptual explique las partes de una microcuenca y los diferentes tipos de drenaje. 2. Explique en que consiste el ciclo hidrolgico y el proceso de formacin de las precipitaciones. 3. Explique en que consiste el balance hdrico y cul es su importancia en las actividades agrcolas.


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UNIDAD 2. PRECIPITACIN INTRODUCCIN

La industria, las grandes urbes y en general la actividad humana han generado cambios radicales en los ecosistemas, tales como: la perdida de la cubierta vegetal que ocasiona erosin, produccin de gases contaminantes y residuos slidos, entre muchos otros. Parte de esas afectaciones tienen relacin con la crisis del agua. Para un manejo ms eficiente del recurso hdrico es necesario desarrollar una cultura social que comprenda el problema. Estudiar desde temprana edad el agua, favorece la creacin de segmentos sociales comprometidos con el uso de un recurso difcil de distribuir a toda la poblacin. El agua tiene un ciclo natural que ha sido desequilibrado por la actividad del hombre. Para contrarrestar este impacto, es necesario estudiarlo y aplicar mtodos con el objetivo de recuperar el equilibrio. Si no se toman acciones, segn datos de diferentes organizaciones internacionales, en las prximas dcadas el problema ser irremediable. La segunda unidad habla de la precipitacin como fuente principal del agua continental. Se hace una discusin acerca de la formacin de las lluvias y de la forma de medirlas, es decir de obtener datos de precipitaciones. Se introduce al aprehendiente al anlisis estadstico de datos de precipitacin, por esto se retoman conceptos vistos en el curso de Probabilidad y estadstica.

OBJETIVOS Aplicar los conocimientos en la prediccin de eventos hidrolgicos. Realizar clculos de precipitacin mediante diferentes mtodos

Obtener herramientas bsicas para la gestin de las aguas continentales.


REFLEXIN 1. Explique la importancia de la precipitacin en el manejo de cuencas hidrogrficas. 2. Explique la importancia de la temtica a estudiar en su futuro desempeo como ingeniero agroforestal. 3. Que actividades de conservacin y manejo del recurso hdrico puede desarrollar en su regin.


CAPITULO 4: LA PRECIPITACIN.

Leccin 16. CONCEPTO DE PRECIPITACIN En trminos generales se puede llamar precipitacin al agua proveniente de la atmsfera, que puede venir en cualquier fase (lquida como lluvia, slida como nieve o granizo o en forma de vapor de agua como neblina) y que llega a la corteza terrestre y ms concretamente a lo que llamamos suelo. Sin embargo, no toda el agua llega al suelo, ya que una parte puede quedar retenida o almacenada en la vegetacin, de donde se evapora directamente, otra parte puede caer sobre cuerpos de agua de agua superficiales y por tanto no ser absorbida por el suelo. Ms adelante profundizaremos en los conceptos de retencin y almacenamiento, tanto en los vegetales como en el suelo y como esto afecta al balance hdrico de una regin. Leccin 17. COMPOSICIN DE LA ATMOSFERA Para entender como se producen las precipitaciones, es necesario estudiar antes como est compuesta la atmsfera terrestre. Esta est compuesta por diversas capas que se describen a continuacin. Troposfera. Es la capa ms baja con un espesor medio de 16 km en el ecuador y 10 km en los polos, es en esta zona donde se desarrollan la mayora de los eventos climatolgicos, por tanto es donde se desarrollan la mayor parte de las nubes. Esta capa se caracteriza por un descenso constante en la temperatura a medida que se incrementa la temperatura. Por mediciones efectuadas se ha determinado que este descenso es de aproximadamente 5.5 C por cada 1000 m de elevacin. Estratosfera. Es la capa que est situada por encima de la troposfera, se caracteriza por poseer una temperatura casi constante. Esta capa va desde la troposfera hasta casi los 50 km de latitud. Es muy importante para la vida en la tierra por que all se encuentra ubicada la capa de ozono, encargada de filtrar los rayos ultravioletas que son nocivos para la vida, se podra afirmar que son letales para la mayora de los organismos. Las capas por encima de la estratosfera se llaman, mesosfera e ionosfera, las cuales no son muy relevantes desde el punto de vista del clima y ms concretamente de la hidrologa. La troposfera, est compuesta en su gran mayora por aire seco y vapor de agua. El aire seco se compone de nitrgeno, en un 78% aproximadamente; oxgeno, con


aproximadamente 21% y trazas de otros elementos tales como argn, dixido de carbono, nen, helio, criptn, xenn ozono, radio, metano y monxido de carbono, entre otros. El vapor de agua, proviene de la evaporacin de las fuentes de agua superficiales, de la superficie del suelo y del agua retenida y almacenada por la vegetacin. El contenido de vapor de agua en la atmsfera vara dependiendo de la humedad relativa, que va de 0 a 100%, pero puede afirmarse que representa aproximadamente un 4% del volumen total de aire en la troposfera.

Leccin 18. LA TROPOSFERA En la troposfera se desarrollan los vientos, los cuales pueden ser considerados como corrientes de aire generadas por una diferencia de presiones entre dos puntos. Supongamos que la tierra fuera una esfera perfecta, y que no girara alrededor del sol (translacin) y que no girara sobre su propio eje (rotacin), de lo que se puede desprender que el ecuador (zona tropical) recibe una mayor cantidad de energa por unidad de rea, dado que los rayos golpean perpendicularmente a la superficie, que las dems regiones, donde estos golpean


en forma oblicua. Esto generara que el aire de las zonas tropicales se calentara mucho ms que el de las zonas no tropicales, por lo que su densidad sera menor. Este fenmeno producira una elevacin del aire menos denso, cuyo espacio debe ser ocupado por aire proveniente de otras regiones (no polares), el cual tiene una densidad mayor, es decir est ms fro. La dinmica antes descrita genera un movimiento del aire de los polos al ecuador donde es calentado y vuelve por la parte alta de la troposfera los polos, estableciendo una corriente de viento, proceso que se conoce con el nombre de circulacin de Hadley. Si involucramos la rotacin de la tierra y retomando las conclusiones del supuesto anterior, vemos que el aire a medida que fluye no lo hace directamente hacia los polos, dado que el aire caliente se produce en las zonas que han sido calentadas por el sol, lo que genera corrientes ascendentes pero con un recorrido no tan largo como en el caso anterior. Esto produce un movimiento casi circular de los vientos en la troposfera, del cual se han identificado tres en cada hemisferio (Chow, 1994).

La primera llamada celda tropical, esta ubicada entre el ecuador y una latitud aproximada de 30, este movimiento es casi circular, partiendo del aire que es


calentado en la zona tropical hasta que llega al ecuador y alcanza su mayor temperatura, esto hace que suba en la troposfera donde se enfra paulatinamente a medida que desciende, tocando suelo en los puntos situados aproximadamente a 30 de latitud, tanto norte como sur, esto quiere decir que es un movimiento circunscrito casi a la zona tropical. La segunda corriente llamada celda polar, esta definida por los 60 de latitud y los polos, en este caso el calentamiento de los vientos en torno a los 60 de latitud tanto norte como sur, es mucho mayor que el de los polos, motivo por el cual este asciende hasta llegar a los polos donde se enfra y toca nuevamente tierra, descendiendo sobre la superficie donde es calentado, Para ascender nuevamente y repetir el ciclo. La tercera corriente que queda justo en medio de las dos anteriores, llamada celda central. Tiene un sentido de rotacin inverso a las dos anteriores, es decir, rota desde los 60 de latitud donde se eleva, enfrindose paulatinamente y descendiendo cerca de los 30. De lo anterior se deduce que el movimiento de esta segunda capa est ms asociado al movimiento de las dos anteriores Como ya mencionamos, en la Troposfera se llevan a cabo la mayora de los fenmenos meteorolgicos, incluyendo la circulacin de las masas de aire y con ellas el vapor de agua que contienen. Como la presin en la atmsfera terrestre es relativamente baja, se puede afirmar que los gases contenidos en ella se comportan como un gas ideal, esto es cumplen con la ley de los gases ideales. En este sentido se puede introducir el concepto de presin de vapor, el cual se define como la presin que ejerce un gas, en este caso en la atmsfera, la cual puede expresarse de la siguiente forma.

Donde e, es la presin de vapor del vapor de agua; rv, es la densidad del vapor de agua; Rv, es la constante de los gases para vapor de agua y T, es la temperatura absoluta. De lo anterior podemos redefinir la quedad relativa como el cociente entre la presin de vapor de agua (e) y su presin de saturacin (es), que se puede expresar como la presin de vapor de agua en un espacio totalmente saturado.


Leccin 19. HUMEDAD RELATIVA La humedad relativa define el contenido de vapor de agua que hay en la atmsfera en un momento determinado, este vapor de agua se mueve junto con el aire, primero por el movimiento global a escala mundial, proceso que se explico anteriormente cuando se hablo del movimiento de los vientos y segundo, en forma local, debido a los accidentes orogrficos, es decir el viento al moverse sobre la superficie del terreno y chocar contra la ladera de una montaa asciende siguiendo su superficie y cuando llega a la cima continua ascendiendo por el impulso que trae. A medida que el aire asciende se va enfriando, lo que genera una condensacin del vapor de agua que lleva en el. Sin embargo para que se produzca condensacin es necesario que el vapor de agua est en contacto con una superficie sobre la cual se pueda desarrollar este fenmeno (es lo mismo que sucede en una maana fra donde el cristal de la ventana que est abaja temperatura, produce la condensacin del vapor de agua presente en la habitacin ms clida, formando un roco en su superficie) Los ncleos de condensacin ms comunes estn conformados por productos de combustin, xidos de nitrgeno, polvo y partculas de sal. Las partculas de sal, provenientes de la evaporacin de la espuma marina, son las mejores como ncleos de condensacin dado que al tener propiedades inicas atraen las partculas de agua por accin electrosttica. Las partculas de condensacin presentan dimetros que oscilan entre 0.1 y 10 mm (1 mm, equivale a la millonsima parte de un metro). De estos dimetros, todos los que estn por debajo de 3 mm, se conocen con el nombre de aerosoles, los cuales tienen la propiedad de poder permanecer suspendidos indefinidamente en la corriente de aire, salvo en el caso que caigan por precipitacin. Las gotas van aumentando paulatinamente de tamao hasta que se hacen visibles, formando neblina, en cuyo caso la mayora de gotas tienen un dimetro de alrededor de 10 mm. Este es el tamao mximo que la condensacin puede generar, por esto la mayora de las gotas estn alrededor de los 10 mm de dimetro, sin embargo, variaciones en este tamao son solo atribuibles al tamao del ncleo de condensacin, es decir, las gotas ms grandes son las que se formaron sobre un ncleo de condensacin ms grande. Cuando se alcanzan los tamaos antes descrito, las gotas ya estn sometidas a la fuerza de la gravedad y podran eventualmente comenzar a caer, sin embargo no lo hacen por los vientos ascendentes que ocurren al interior de la nube que los mantienen suspendidos. Se ha determinado que velocidades tan bajas como 0.5 cm./seg., son suficientes para mantenerlos suspendidos.


Las gotas al interior de esta corriente ascendente, pueden chocar unas con otras incrementando paulatinamente su tamao hasta que alcanzan un dimetro de 0.1 mm, valor al cual comienzan a caer. Sin embargo, al salir de la nube, la friccin con el viento va evaporando superficialmente la gota, con lo que su tamao disminuye y vuelve a ser elevada por los vientos ascendentes. El tamao promedio que debe tener una gota para no ser evaporada en su cada es de aproximadamente 0.45 mm. Se ha determinado en forma experimental que el dimetro promedio de las gotas que abandonan la base de la nube est comprendido entre 0.1 y 3 mm. Si en la nube se presentan temperaturas muy bajas, las gotas se congelan y se agregan unas a otras por impacto, cayendo posteriormente en forma de granizo. Leccin 20. CARACTERISTICAS DE LA PRECIPITAICN El agua que cae de la atmsfera a la superficie terrestre se conoce como precipitacin. Puede ser liquidad en forma de lluvia y roco o slida en forma de niebla, nieve, granizo, escarcha, y se produce por cambios ambientales de humedad y temperatura.

El roco se forma durante las noches frescas, cuando el vapor de agua se condensa en las hojas y otras superficies.

La niebla se presenta comnmente en las zonas ms elevadas donde las temperaturas del aire de la noche caen hasta el punto de roco y se forman nubes. La nieve y el hielo proporcionan una parte apreciable de las precipitacin solamente en las montaas elevadas; donde ellas alimentan corrientes, sirven como fuente de suministro de agua para riego en las regiones del trpico. El granizo se presenta espordicamente en las tierras bajas de las zonas tropicales. La precipitacin que llega a la tierra, regresa a la atmsfera, como vapor de agua, a travs de la evaporacin del suelo y de los volmenes de agua, como tambin por la transpiracin de la vegetacin.

Los factores que determinan en mayor o menor grado la precipitacin en un rea determinada son: La proximidad a los ocanos, a los lagos y a los grande ros La presencia de cordilleras que interceptan el paso de los vientos hmedos


La localizacin geogrfica del rea considerada, en la ruta de las tormentas ciclnicas.

La lluvia es uno de los elementos del clima de mayor importancia para la agricultura y la ganadera, porque los cultivos tienen necesidad de absorber, a travs de las races y en el curso de su desarrollo vegetativo, una importante cantidad de agua que las precipitaciones depositan sobre la superficie del suelo que sta puede retener y que provienen de las nubes en forma de lluvia, llovizna, chubasco, nieva y niebla.

La precipitacin es un fenmeno muy variable en el espacio y en el tiempo, por lo tanto, los valores mensuales, al comparar diferentes aos, pueden variar en forma notable, debido a que la lluvia es un fenmeno espordico.

En los estudios hidrolgicos la informacin que se requiere de la precipitacin en una localidad dada puede ser:

Precipitacin anual total Distribucin de la precipitacin por estaciones, meses o semanas Intensidad, duracin y frecuencia de las precipitaciones mximas

La precipitacin total permite clasificar las regiones en zonas hmedas, subhmedas y desrticas y ofrece una idea general en cuanto a la necesidad de riego y el valor promedio de la escorrenta en una zona determinada.


CAPITULO 5. VARIABLES DE UN AGUACERO. Leccin 21. GENERALIDADES. La lluvia se puede presentar a nivel local por tres fenmenos claramente definidos (Bedient y otros, 2002 : 23): El primer fenmeno es el convectivo, en el cual una masa de aire se calienta por contacto con el suelo calentado gracias a la energa de los rayos solares. Al calentarse disminuye su densidad, por lo que asciende verticalmente para enfriarse a medida que sube, favoreciendo la condensacin. El segundo fenmeno es de los frentes, en el cual una masa de aire caliente que se mueve siguiendo la superficie terrestre, choca frontalmente con una masa de aire ms fro, lo que la obliga a elevarse, dado que tiene menor densidad, favoreciendo su condensacin al enfriarse a medida que sube y se mezcla con el aire ms fro. El tercer fenmeno es el orogrfico, en el cual una masa de aire clido que sigue la superficie del terreno, llega a una montaa que hace que se eleve, favoreciendo la lluvia en esa vertiente, y en la posterior por tanto se van a presentar condiciones ms secas. Leccin 22. VARIABLES Ya se dijo que la lluvia es considerada como la principal fuente de agua que llega al suelo. Para el anlisis de las precipitaciones es necesario definir antes algunas variables importantes para su estudio. La primera variable es la magnitud, la cual se define como el espesor de lmina de agua producida por la lluvia, suponiendo que esta permanece en el sitio donde cay, es decir no se infiltra ni se escurre. Esta variable se mide en milmetros de agua cada. Esta variable se puede expresar como el volumen que cae por unidad de rea, tal como sigue:

Donde L, es la magnitud de la lluvia, es decir la lamina [mm]; V, es el volumen de agua cado [m3] y A, es el rea en la que cae la lluvia [m2]


La segunda variable de importancia es el rea, la cual se define como el rea en la cual cae la precipitacin. Esta variable indirectamente define la magnitud, ya que si la misma cantidad de agua que cae en un rea determinada cae en un rea menor, la magnitud ser mayor ya que la lmina ser por tanto mayor, ver ecuacin 10. La tercer variable de importancia es la duracin del evento, es decir, en que tiempo cae el agua total que va a aportar la lluvia. Esta variable influye directamente en la que sigue ya que define que tan rpido o que tan lento cae el agua. Empricamente se maneja que los aguaceros que caen en un periodo de tiempo muy corto son muy fuertes, mientras que los que caen en un periodo de tiempo muy largo son mas suaves. La cuarta variable que puede medirse es la intensidad de la lluvia, la cual representa la cantidad de agua que cae en un determinado tiempo. En otras palabras podra definirse como la velocidad de aporte. En este sentido si se tiene la misma lmina, entre menor sea el tiempo que dura en caer al suelo, mayor ser su intensidad. En la siguiente Tabla se presenta la relacin entre las variables anteriores.

En la ltima columna de la tabla anterior, se presenta el valor de velocidad, en este caso se trata de la velocidad Terminal, o sea la velocidad con que las gotas de lluvia golpean el suelo. Esta variable de un aguacero es importante en trminos de conservacin de suelos ya que define la energa con que la gota golpea el suelo y por tanto la capacidad erosiva que tiene. Finalmente, la quinta variable de importancia en un aguacero es su frecuencia o intervalo de recurrencia, tambin llamada periodo de retorno. Este variable indica el nmero de aos que trascurren en promedio para que una lluvia de una magnitud dada sea igualada o excedida. En este sentido el periodo de retorno indica que entre menos intensidad tenga un evento de precipitacin, menor ser su periodo de retorno. Es decir, las lluvias ligeras (frecuencia baja) se presentan en forma continua (periodo de retorno corto), mientras que las lluvias muy fuertes caen en muchos casos separadas por varios aos (periodo de retorno largo).


Leccin 23. MEDICIN DE LA PRECIPITACIN. En Colombia, los aparatos ms comunes para medir la precipitacin son los pluvimetros y los pluvigrafos. Los pluvimetros, son los instrumentos meteorolgicos ms sencillos, pero a la vez unos de los ms importantes. Constan de un recipiente cilndrico con un rea definida, que tiene como funcin captar la lluvia que cae en su rea superficial. Este cilindro est seguido de un embudo que tiene como funcin transportar el agua recogida por el cilindro y depositarla en un recipiente de almacenamiento. Este recipiente de almacenamiento normalmente es una probeta graduada para medir fcilmente la altura de la lmina de agua que contiene. Recordar que un milmetro de lluvia corresponde a un litro por cada metro cuadrado. En las estaciones meteorolgicas del pas son comunes los pluvimetros del tipo 200 100. Esto quiere decir que el rea de captacin, es decir la del cilindro superior, es de 200 cm2, mientras que el rea del dispositivo de almacenamiento es de 100 cm2. De lo anterior puede desprenderse que los pluvimetros son instrumentos totalizadores, es decir permiten determinar la lluvia (lmina) cada en un intervalo de tiempo, que generalmente es de un da, pero no permiten determinar como fue el comportamiento de el o los eventos de lluvia en forma separada, es decir, no se puede individualizar cada evento. En Colombia la medida de los pluvimetros se toma por convencin a las 7 de la maana.


El pluvigrafo, es similar al pluvimetro, pero se diferencia de este en que el recipiente de almacenamiento est provisto de un flotador que por medio de un juego de varillas, permite hacer un trazo sobre un papel gracias a una plumilla. El papel est enrollado sobre un tambor, que gracias a un mecanismo de relojera gira a

Modulo Hidrología

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