História e Definição da Hidrologia

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Definición e historia de la hidrología
La hidrología proviene de las raíces hidro y logía que pueden expresarse como el estudio del agua o de las aguas. Sin embargo una de las definiciones más 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 hidrología es la ciencia que estudia el agua en cuanto a su origen, distribución y circulación sobre la superficie terrestre, teniendo en cuenta sus propiedades, físicas, químicas y su relación con el medio ambiente.
 
La hidrología 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 ríos fluían. Fue el filosofo griego Anaxágoras quien dio una explicación al proceso, donde intuyo que las lluvias provenían de la evaporación del agua de mar por parte del sol. Posteriormente Teofrasto y el romano Marco Vitruvio basados en las ideas de Anaxágoras, definieron lo que hoy conocemos como ciclo hidrológico.
Las civilizaciones asiáticas, generaron una aproximación más de medición, para lo cual llevaron registros sistemáticos de precipitaciones, caída de nieve y viento, llegando a una teoría sobre el ciclo hidrológico tal como la conocemos hoy, alrededor del 900 – 400 A.C., sin embargo por su poca comunicación con occidente, sus teorías no impactaron significativamente el conocimiento del resto del mundo.
 
Durante la edad media y el renacimiento el concepto de hidrología no avanzó en gran medida, hasta que Leonardo da Vinci realizó mediciones sistemáticas de velocidades en diferentes cauces, con lo que llegó a la conclusión que el agua es más rápida en la superficie que en el fondo.
 
En la era moderna varios científicos aportaron sus teorías para la consolidación de lo que hoy conocemos como hidrología. Entre ellos tenemos: Dalton en 1802 describió un principio para la evaporación; Hagen y Poiseuille en 1839, describieron una teoría para el flujo laminar; Darcy en 1856 presento su ecuación para el flujo en medios porosos; Manning (1891) presentó su ecuación para el flujo en canales abiertos; Hazen en 1914 introdujo el análisis de frecuencia para los máximos de una creciente; Horton en 1933 desarrollo una aproximación a la infiltración y en 1945 presentó su descripción de las cuencas de drenaje (índices de Horton) y finalmente en 1941 Gumbel propuso la ley de valor extremo para estudios hidrológicos. Todas estas teorías independientes ayudaron a consolidar la naciente ciencia de la hidrología hasta que a mediados del siglo XX (70s) alcanzó un reconocimiento definitivo como disciplina.
 Elementos básicos de hidrología
La distribución del agua en la naturaleza, ya sea en las capas superiores de las atmósfera, en la superficie de la tierra o en los horizontes subterráneos del suelo es estudiada por la ciencia de la Hidrología, lo mismo que los métodos o sistemas disponibles para valorar en forma cualitativa o cuantitativa la magnitud de los fenómenos físicos asociados con el movimiento y distribución de estas aguas.
La Hidrología en su conjunto depende del clima que es la resultante de la influencia que ejercen los factores humedad, temperatura, luz solar, viento, presión atmosférica y cuya manifestación diaria constituye el tiempo. En cualquier lugar las variables atmosféricas o factores del clima varían, de acuerdo, con la región geográfica, la topografía, la proximidad a las cordilleras, los mares, los suelos, la vegetación, el hombre y el tiempo. De lo anterior surgen los macro y los microclimas.
El primero incluye variables atmosféricas 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 meteorológicas y que se refieren a temperatura, precipitación, humedad relativa, vientos, presión atmosférica, luz solar y evaporación.
En cuanto al microclima se refiere al clima del espacio cercano al suelo donde crecen los cultivos, y depende de la actividad fotosintética, la transpiración, el sombreado mutuo de las plantas, cubierta del suelo, humedad, aireación y otros factores que lo diferencian del macroclima, haciéndolo mas importante para el agricultor y el ganadero.
En conclusión la Hidrología está influenciada por es parte del medio ambiente que denominamos clima, tiene una naturaleza muy compleja y depende de variables atmosféricas, entre las cuales las mayores son la humedad, la temperatura y la luz solar.
Ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico, representa el concepto fundamental en hidrología, 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 hidrósfera, que es la zona definida por la capa inferior de la atmósfera y la capa superior de la litósfera (Corteza terrestre).
 
El ciclo hidrológico es un ciclo cerrado, es decir se repite indefinidamente, en el cual el agua contenida en los océanos y en la superficie terrestre es evaporada por la acción del sol y la respiración de las plantas y convertida en vapor de agua.
 
Este vapor viaja por la atmósfera (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 vegetación (Hojas y tallos, plantas epifitas), convertirse en flujo
superficial sobre el suelo (escorrentía) hasta llegar a un cuerpo de agua (Río, quebrada, lago o laguna) o puede infiltrarse hasta llegar a los acuíferos (agua subterránea). Es importante anotar que parte de esta agua, sobre todo la retenida en la vegetación y la de escorrentía se puede evaporar directamente por acción del sol, con lo que no regresa al mar. En la Figura 1, se presenta un esquema del ciclo hidrológico.
 
El agua en la superficie terrestre presenta aproximadamente la siguiente distribución.
Balance Hídrico
En términos hidrológicos 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 variación en el almacenamiento del sistema.
 
Las entradas están definidas por: Precipitación (P) en forma de Lluvia y/o nieve,  agua de escorrentía (Qgin), agua superficial (Qin) y aguas subterráneas entrantes (Gin). Las salidas están definidas por: Evaporación (Es), transpiración (Ts), agua de escorrentía (Qgout), agua superficial (Qout), infiltración (I) y aguas subterráneas salientes (Gout). Ver Figura 2.
La variación en el almacenamiento está definida como la diferencia entre lo que entra y lo que sale y está definido por la ecuación (1), definido para un volumen de control, que se define como la porción de corteza terrestre a la cual se le va a determinar la variación en el almacenamiento.
 
 
Sumando y reagrupando términos tenemos:
 
 
El balance hídrico, como se observa en la ecuación 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 subterránea. Sin embargo, en términos prácticos lo que se hace normalmente es determinar el balance del agua superficial, es decir obtener valores de precipitación, evaporación, transpiración, escorrentía y de aguas superficiales para una zona dada.
 
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