CICLO HIDROLOGICO

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Jhon Walter Gómez Lora y Victor Hugo Gallo Ramos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPITULO 5 CICLO HIDROLÓGICO 
 
 
El ciclo hidrológico está estrechamente relacionado con la transformación de la 
energía de la radiación solar, que es la única fuente para la formación de los 
procesos físicos que se originan en la corteza terrestre. Esta energía que es 
absorbida se consume en gran parte al producir nieve, hielo, suelos saturados, 
formándose el vapor de agua que se propaga en la atmósfera hasta producirse 
el proceso de condensación a consecuencia del cual se originan las gotas de 
agua o los cristales de hielo que logran alcanzar una dimensión suficiente hasta 
precipitarse, las que se incrementan en las zonas de corriente fría. En la 
siguiente figura se muestra el ciclo hidrológico en un diagrama, observando la 
disposición de la precipitación por escurrimiento superficial, infiltración y drenaje 
profundo y su eliminación del suelo por evaporación y transpiración. 
 
Figura 23. Ciclo hidrológico 
 
 
Parte de esta precipitación se evapora antes de llegar a la superficie de la tierra 
y el resto se distribuye en diferentes formas: 
 
• Parte es capturada por vegetación, edificios u objetos transpirándose y 
evaporándose. 
• Parte es retenida por las depredaciones del suelo o vasos geológicos naturales 
(lagunas) evaporándose. 
• Parte del agua que llega a la superficie, escurriendo por las quebradas van a 
formar los ríos. 
• Parte se infiltra en el suelo pudiendo percolar para alimentar los acuíferos y a 
la vez desplazarse a través de las capas superiores reapareciendo en la 
superficie del suelo o lecho del río en forma de escorrentía superficial, tenemos 
así los surtidores. 
 
 
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El agua que escurre en los ríos o que se encuentra en las lagunas o lagos puede 
derivarse con fines de utilización inmediata de uso múltiple (agua poblacional, 
agrícola e industrial, etc.) lo que a su vez sigue los procesos anteriores de 
transpiración, evaporación, infiltración, etc. Asimismo, el agua almacenada en 
los depósitos subterráneos puede ser extraída con fines de explotación, la que 
también se somete a los procesos de un ciclo hidrológico. Los excedentes que 
no se utilizan en los ríos, lagos, depósitos subterráneos, etc., en su mayor parte 
fluyen a los océanos a fin de reiniciar el proceso del ciclo hidrológico, alimentado 
por la energía solar que este absorbe. 
 
5.1. Balance hidrológico 
 
La cuenca hidrográfica es una unidad espacial en donde la ocurrencia del agua 
sucede en un proceso, continuo e indiferenciado, denominado ciclo hidrológico. 
Dentro de la cuenca, este ciclo se repite indefinidamente en un ambiente 
conformado por un sistema físico, químico y biológico muy complejo que se lo 
denomina sistema hidrológico. 
 
Figura 24. Elementos de ingreso y salida de la cuenca 
 
 
La ecuación del balance puede incluir un gran número de componentes con 
variables desconocidos o estimados por lo que resulta complejo integrar todos 
sus componentes en forma representativa con el sistema. El conocimiento de la 
estructura del balance hídrico de un lago, una cuenca superficial o subterránea, 
es fundamental para conseguir un uso más racional de los recursos de agua en 
el espacio y tiempo, así como para mejorar el control y su redistribución; por 
ejemplo, trasvases de cuencas, control de máximas crecidas, etc. 
 
El balance hídrico ayuda a la predicción de las consecuencias debidas a 
cambios artificiales en el régimen de los ríos, lagos y cuencas subterráneas. La 
información que proporciona el balance hídrico de las cuencas de ríos y lagos 
para cortos periodos de tiempo (estaciones, meses, semanas y días) se utiliza 
para la explotación de embalses y para predicciones hidrológicas. El 
conocimiento del balance hídrico es también muy importante en el ciclo 
hidrológico. Con estos datos es posible comparar recursos específicos de agua 
en un sistema, en diferentes periodos de tiempo, y establecer el grado de 
influencia en las variaciones del régimen natural. 
 
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La ecuación general es aplicable al establecimiento del balance en una región 
que necesariamente requiere de la información y de la selección de un tiempo 
definido y con criterio práctico, a fin de simplificar la discusión sobre las entradas 
y salidas al sistema. 
 
Elementoentrada - Elementosalida = Cambio de almacenamiento 
 
De acuerdo con el sistema hidrológico regional descrito anteriormente y al uso 
que se hace del agua en una región desarrollada, la ecuación toma la forma 
siguiente: 
P + Qa + Qr + E + Qe + D = A 
 
5.1.1. Entradas (mm) 
 
Es el flujo superficial o subterráneo afluente, que constituyen los aportes de 
entrada de otras regiones el que puede ser: natural o artificial o que también 
puede estar constituido por el agua de retorno. 
 
5.1.2. Alimentación directa 
 
La precipitación (P) es la lámina de agua que cae por gravedad bajo sus 
diferentes formas (lluvia, nieve, granizo, etc.) y que constituye uno de los 
elementos más importantes del balance. Este elemento es medido con el 
pluviómetro y su volumen caído en una región se calcula por el método de las 
isoyetas u otro. 
 
Qa: Aportes en otras regiones, que pueden integrarse con: 
 Qba: Flujo subsuperficial afluente 
 Qwa: Flujo subterráneo afluente 
 Qsa: Flujo superficial afluente 
 qa: Escurrimiento sobre el terreno 
 Qra: Escorrentía de los ríos 
 Ai: Agua de importación 
Qr: Aguas de retorno, compuesta por: 
 Qpr: Agua potable 
 Qir: Agua industrial 
 Qrr: Agua agrícola, riego. 
 
5.1.3. Salidas (mm) 
 
Es el escurrimiento que va hacia otra región o que constituye los aportes de 
agua para un proyecto de utilidad de la misma región. La evaporación (E) 
constituye las pérdidas del agua o evento de salida dado por la evaporación de 
las superficies de agua y la transpiración de las plantas de la región. 
 
Qe: Salidas hacia otras cuencas, que pueden ser: 
Qbe: Flujo subsuperficial afluente 
Qwe: Flujo subterráneo afluente 
Qse: Flujo superficial afluente 
qe: Escurrimiento sobre el terreno 
Qre: Escorrentía en los ríos 
 
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 Qex: Agua de exportación 
 
D: Derivación de agua para: 
 Dp: Agua potable 
 Di: Agua industrial 
 Da: Agua agrícola, riego 
 
5.1.4. Cambio en los almacenamientos (mm) 
 
Ocurre en el periodo inicial y final de un proceso que solo puede estimarse si 
sus variables de entrada y salida han sido medidas, resultando así un valor 
incógnito muy importante con fines de estudio hidrogeológico o aguas 
subterráneas. El Almacenamiento puede manifestarse al principio del periodo, 
considerando aportes del principio anterior o al final del periodo, considerando 
aportes al periodo siguiente. 
 
Los tipos de almacenamiento pueden ser de 3 tipos: (i) almacenamiento de 
retención: intersección y depresiones; (ii) almacenamiento de detención: lámina 
sobre el terreno, aguas en ríos, canales, lagos y embalses y almacenamiento de 
humedad en el suelo; y (iii) almacenamiento subterráneo. 
 
5.2. Datos básicos para la gestión del balance hídrico 
 
5.2.1. Cartografía e información satelital 
 
En el contexto de la gestión del agua y la elaboración del balance hídrico es 
necesario obtener los mapas temáticos que hay en la cuenca en estudio, 
referidos al clima, fisiografía, geología, zonas de vida, cobertura vegetal, tipos 
de suelo, geomorfología, etc. Los cuales deben ser procesados en GIS, usando 
software como QGIS, ArcGIS, etc. Esto permite de cierta forma conocer las 
principales características del área de interés. Lo cual puede complementarse 
haciendo uso de las imágenes satelitales provenientes de los diferentes 
sensores a bordo de los satélites óptica como LANDSAT, SENTINEL o 
imágenes de radar para extraer la hidrografía y topografía del área de estudio. 
 
5.2.2. Registroshidrometeorológicos 
 
Es importante conocer los registros mensuales de caudales provenientes de las 
estaciones medidoras, además de información meteorológica (precipitación, 
temperatura, evaporación, humedad relativa, etc.) para periodos de 10 años a 
más, con la finalidad de obtener resultados más confiables. Por otro lado, 
información de infiltración, evapotranspiración de tanque, infiltración efectiva, 
etc., puede ser de utilidad. 
 
5.2.3. Demandas de agua 
 
Las demandas de agua representan los requerimientos del recurso, en las áreas 
agrícolas, uso poblacional e industrial. Estos datos se extraen de los planes de 
desarrollo de la cuenca o en todo caso se calculan para periodos de tiempo 
actual, mediano y largo plazo. 
 
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5.2.4. Caudal ecológico para lograr el desarrollo del comunero o poblador 
que se sirve del agua de la cuenca 
 
Este dato se extrae de los estudios realizados en la cuenca, dentro de los 
programas de desarrollo sostenible y se debe tener un caudal en m3/s deseable 
y otro mínimo que asegure atender las necesidades del recurso para garantizar 
la capacidad y sustentabilidad ambiental. 
 
5.3. Déficit de escurrimiento anual 
 
Si designamos por “P” a la lámina media de las precipitaciones caídas en una 
cuenca y “Q” a la altura media anual de agua que, uniformemente repartida en 
la cuenca, representaría el volumen total gastado por la corriente. Entonces, el 
déficit de escurrimiento medio anual “D” es, por definición la diferencia: 
 D = P − Q 
Ecuación 14. Déficit de escurrimiento medio anual 
 
De acuerdo con Remeneiras (1974) representa muy sensiblemente el monto de 
la evaporación total de la cuenca. En efecto, el balance de escurrimiento de una 
cuenca para un periodo determinado puede ser esquematizado como sigue. 
 
a) Activo (entradas) 
 
Se tiene aportes del periodo considerado para el balance, como son las 
precipitaciones (P), en forma de lluvias, nieve y precipitaciones ocultas en forma 
de condensaciones, rocío. Asimismo, recursos del periodo precedente (R): 
aguas subterráneas y humedad del suelo, nieves y glaciares. 
 
b) Pasivo (salidas) 
 
Escurrimiento del periodo considerado (Q), evapotranspiración del periodo 
considerado (D) y los recursos acumulados al final del periodo considerado 
como aguas subterráneas, humedad del suelo, nieve y glaciares (R+ ΔR). Si se 
ve que ΔR es nulo (igual valor de las reservas al comienzo y al final del periodo 
considerado) o insignificante ante P y Q (periodo de observación de larga 
duración), se tiene la anterior ecuación. 
 
Entonces, el déficit de escurrimiento integra, en el conjunto de la cuenca 
considerada, las evaporaciones físicas y fisiológicas, influenciadas por las 
características topográficas (pendiente de las vertientes, capas de aguas 
naturales), geológicas (terrenos permeables e impermeables, profundidad de la 
capa freática) y la cobertura vegetal de ese terreno. 
 
 
 
 
 
 
 
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5.3.1. Constancia relativa del déficit de escurrimiento anual 
 
Remeneiras (1974) indica que el interés práctico del déficit de escurrimiento 
reside en que su media anual sobre un largo periodo varía relativamente poco 
en grandes regiones si se consideran cuencas bastante extensas fuera de las 
zonas de alta montaña. 
Esta relativa constancia resulta de la interacción de las variables que lo 
condicionan y de su doble limitación por el poder evaporante de la atmósfera y 
la cantidad de agua disponible. Manifestándose solo en medias de larga 
duración y no se verifica necesariamente en cada año en particular ni en 
periodos cortos; asimismo, en pequeñas cuencas no puede ser admitido a priori. 
 
5.3.2. Ecuaciones para el cálculo del déficit de escurrimiento medio anual 
 
Remeneiras (1974) señala que existen ecuaciones aproximadas en función de 
las precipitaciones y temperatura, tales como: Coutagne, Turc, Thornthwaite, las 
cuales están descritas en el capítulo de evapotranspiración.