Top Banner

Click here to load reader

Notas de clase, Hidrología [Ing. Javier Sánchez San Román].pdf

Jan 21, 2016

ReportDownload

Documents

  • F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa)(2004) http://web.usal.es/javisan/hidro . Pg. 1

    El Ciclo Hidrolgico

    Historia

    La idea del Ciclo Hidrolgico, que hoy nos parece tan intuitiva, durante siglos no fue comprendida por filsofos y cientficos, creyendo que el ciclo se realizaba al revs: el agua penetraba en la corteza desde el fondo de los ocanos, se almacenaba en la profundidad, probablemente en grandes cavernas, y ascenda despus por el calor de la Tierra hasta las partes

    altas de las montaas, surgiendo en las zonas de nacimiento de los ros. No crean posible que el caudal de un gran ro fuera producido exclusivamente por las lluvias y les maravillaba la existencia de manantiales en lugares topogrficamente elevados y con caudales relativamente constantes.

    Tales, Platn, Aristteles,... hasta Kepler (1571-1630) y Descartes (Principios de la Filosofa, 1644) no se limitaban con esbozar la idea del Ciclo al revs, sino que dedicaban largos textos a pormenorizar las diversas etapas del proceso. Lo ms complicado era la prdida de la sal marina, pero para ello invocaban procesos similares a la destilacin.

    Tambin hubo excepciones, como el arquitecto romano Vitrubio o Leonardo da Vinci que hablaron del ciclo tal como es.

    La Hidrologa moderna nace con las experiencias de Perrault, Mariotte y Halley. Fueron los primeros hidrlogos empricos que basaron sus ideas en medidas y no en la especulacin.

    En 1674 Pierre Perrault publica De lorigine des fontaines. Haba medido las precipitaciones de la cuenca alta del Sena y los aforos del ro, concluyendo que el volumen de las precipitaciones era seis veces superior a las aportaciones del ro. Mariotte, contemporneo de Perrault, repiti estos experimentos en un punto distinto de la cuenca del Sena, estudiando adems la infiltracin profunda del agua, y comprobando que el caudal de ciertos manantiales variaba de acuerdo con la oscilacin de las precipitaciones.

    Faltaba por cuantificar la otra mitad del Ciclo: cmo era posible que del cielo cayera tanta agua. El astrnomo Halley (1656 - 1742) se interes por el fenmeno de la evaporacin porque se empaaban las lentes de sus telescopios. Realiz medidas y clculos concluyendo que el volumen de agua evaporado un da de verano del Mediterrneo era superior al volumen de agua que recibe de todos los ros que llegan l1.

    El comienzo de la Hidrologa subterrnea como ciencia es mucho ms moderno. La primera ecuacin que explica el flujo a travs de un medio poroso (Ley de Darcy) data de 1857, y la ecuacin fundamental que cuantifica el comportamiento de las aguas subterrneas ante los bombeos es de 1935 (Theis). La relacin entre las formaciones geolgicas y las aguas subterrneas no adquiri cierta madurez hasta principios del siglo XX (hay que destacar a Meizner2, del Servicio Geolgico norteamericano).

    1 Este es un balance verdaderamente impreciso, hay que considerar las entradas desde el Atlntico. Al menos

    dej constancia de que el volumen de agua evaporada de los mares era suficiente para explicar las lluvias. 2 Meinzer, O.E. (1923).- The occurrence of ground water in the United States with a discussion of principles

    U. S. Geological Survey Water Supply Paper 489, 321 pp.

  • F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa)(2004) http://web.usal.es/javisan/hidro . Pg. 2

    Concepto

    Se denomina Ciclo Hidrolgico al movimiento general del agua, ascendente por evaporacin y descendente primero por las precipitaciones y despus en forma de escorrenta superficial y subterrnea.

    Sobre esta definicin tan simple podemos realizar algunas observaciones:

    1) No es tan simple como El agua se evapora en el ocano y precipita sobre los continentes. Vemos en la figura adjunta que en ambos medios se produce evaporacin y precipitacin, aunque es cierto que la evaporacin predomina en el ocano y la precipitacin en los continentes

    2) La escorrenta subterrnea es mucho ms lenta que la superficial. La lentitud (a veces inmovilidad) de la escorrenta subterrnea confiere al ciclo algunas caractersticas fundamentales, como que los ros continen con caudal mucho tiempo despus de las ltimas precipitaciones.

    3) Las aguas subterrneas no son mas que una de las fases o etapas del ciclo del agua, no tienen ningn misterioso origen magmtico o profundo. A veces se olvida esta obviedad y se explotan las aguas de una regin como si nada tuvieran que ver con las precipitaciones o la escorrenta superficial, con resultados indeseables.

    Una excepcin: Existen efectivamente surgencias de aguas que proceden del interior de la Tierra y nunca han estado en la superficie ni formado parte del Ciclo Hidrolgico. Pueden denominarse aguas juveniles y se trata de casos verdaderamente excepcionales. Las aguas termales, sulfuradas, etc. de los balnearios se demuestra mediante estudios isotpicos que son aguas metericas en la mayora de los casos.

    Las aguas fsiles o congnitas son aquellas que quedaron atrapadas en la formacin de un sedimento.

    Otras aguas subterrneas que parecen ajenas al ciclo son las que aparecen en regiones desrticas. Son aguas que se infiltraron hace decenas de miles de aos cuando esas mismas zonas desrticas no eran tales. Tanto estas como las aguas fsiles pertenecen al Ciclo Hidrolgico, pero han estado apartadas de l durante un periodo muy prolongado.

    Price, M. (1996) pg 15

  • F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa)(2004) http://web.usal.es/javisan/hidro . Pg. 3

    Fases del Ciclo

    Como se trata de un ciclo podramos considerar todas sus fases comenzando desde cualquier punto, pero lo ms intuitivo puede ser comenzar en la Precipitacin y considerar qu caminos puede seguir el agua que cae sobre los continentes en las precipitaciones:

    a) Evaporacin. Una parte se evapora desde la superficie del suelo (charcos) o si ha quedado retenida sobre las hojas de los rboles. A este ltimo fenmeno se le denomina interceptacin, y en lluvias de corta duracin sobre zonas de bosque puede devolver a la atmsfera una gran parte del agua precipitada sin haber tocado el suelo.3

    b) Infiltracin. El agua infiltrada puede, a su vez, seguir estos caminos: b1) Evaporacin. Se evapora desde el suelo hmedo, sin relacin con la posible

    vegetacin. b2) Transpiracin. Las races de las plantas absorben el agua infiltradada en el suelo,

    una pequea parte es retenida para su crecimiento y la mayor parte es transpirada. La suma de b1) y b2) se estudia conjuntamente: es la evapotranspiracin

    b3) Escorrenta subsuperficial o hipodrmica, (interflow), que tras un corto recorrido lateral antes de llegar a la superficie fretica acaba saliendo a la superficie

    b4) Si no es evaporada ni atrapada por las races, la gravedad continuar llevndola hacia abajo, hasta la superficie fretica; all an puede ser atrapada por las races de las plantas freatofitas (chopos, lamos,...), de races muy profundas, y que a diferencia de otras plantas, buscan el agua del medio saturado.

    b5) Finalmente, el agua restante da lugar a la escorrenta subterrnea. c) Escorrenta superficial . El agua de las precipitaciones que no es evaporada ni

    infiltrada, escurre superficialmente. An le pueden suceder varias cosas: c1) Parte es evaporada: desde la superficie de ros, lagos y embalses tambin se evapora

    una pequea parte4

    3 En zonas de bosque se ha medido que la interceptacin habitualmente vara del 20 al 30%. En cuencas en las

    que ha aumentado la superficie de bosque, se aprecia claramente una disminucin en la escorrenta (Martnez, J., 2006 en http://www.unizar.es/fnca/duero/docu/c11.pdf)

    4 Proporcionalmente pequea, si consideramos el total de una gran cuenca, pero puede ser muy importante en lugares ridos que se abastecen con un embalse

  • F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa)(2004) http://web.usal.es/javisan/hidro . Pg. 4

    c2) Otra parte puede quedar retenida como nieve o hielo o en lagos o embalses. (Escorrenta superficial diferida)

    c3) Finalmente una parte importante es la escorrenta superficial rpida que sigue su camino hacia el mar.

    En resumen, hemos visto que el agua precipitada puede: - sufrir Evaporacin y Evapotranspiracin (a, b1, b2, b4, c1) - escurrir superficialmente - constituir escorrenta subterrnea

    Otros conceptos fundamentales son: Escorrenta Directa, la que llega a los cauces superficiales en un periodo de tiempo corto

    tras la precipitacin, y que normalmente engloba la escorrenta superficial (c3) y la subsuperficial (b3). Son imposibles de distinguir: una gran parte de lo que parece escorrenta superficial (por el aumento de los caudales que sigue a las precipitaciones) ha estado infiltrada subsuperficialmente

    Escorrenta Bsica, la que alimenta los cauces superficiales en los estiajes, durante los periodos sin precipitaciones, concepto que engloba la Escorrenta Subterrnea (b5) y la superficial diferida (c2)

    Salidas del agua subterrnea

    Ya hemos visto cmo continan su camino el agua evaporada y la escurrida superficialmente. Para continuar con la visin del ciclo, nos queda slo resear cmo lo hace el agua subterrnea, la escorrenta subterrnea.

    El agua que ha llegado a la zona saturada circular por el acufero siguiendo los gradientes hidrulicos regionales. Hasta que sale al exterior o es extrada su recorrido puede ser de unos metros o de bastantes kilmetros, durante un periodo de unos meses o de miles de aos. Esta salida al exterior puede ser por los siguientes caminos: - Ser extrada artificialmente, mediante pozos o sondeos. En zonas de topografa plana y

    superficie fretica profunda, la extraccin por captaciones constituy