Balance Hídrico de Largo Plazo

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Balance Hídrico de Largo 
Plazo
Miguel Barrios
Curso de Hidrología
Universidad del Tolima
𝑃𝑡 − 𝐸𝑠𝑐𝑡 − 𝐸𝑇𝑅𝑡 − 𝐸𝑥𝑡𝑡 + 𝑅𝑒𝑡𝑡 ± 𝑇𝑟𝑎𝑠𝑡 = ∆𝑆𝑡
Ecuación de Balance Hídrico de Largo Plazo
𝑃𝑡 − 𝐸𝑠𝑐𝑡 − 𝐸𝑇𝑅𝑡 − 𝐸𝑥𝑡𝑡 + 𝑅𝑒𝑡𝑡 ± 𝑇𝑟𝑎𝑠𝑡 = ∆𝑆𝑡
𝑃𝑡 − 𝐸𝑇𝑅𝑡 = 𝐸𝑠𝑐𝑡
Evapotranspiración Real
Método Bodyko
ETP (Método de Penman-Monteith…)
Ejercicio Cuaderno de Python
Sectorización Hidrográfica 
de Colombia
5 áreas hidrográficas
40 zonas hidrográficas (ZH)
311 subzonas hidrográficas (SZH)
1. Amazonas
2. Caribe
3. Magdalena-Cauca
4. Orinoco
5. Pacífico
Sectorización Hidrográfica 
de Colombia
Sectorización Hidrográfica 
de Colombia
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Amazonas
Caribe
Magdalena Cauca
Orinoco
Pacífico
2
Área Hidrográfica
1
Zona Hidrográfica
2 1
Subzona Hidrográfica
Codificación (10 dígitos):
0 0
Nivel I Unidades Hidrográficas
0 0 0 0
Nivel II Unidades Hidrográficas
Nivel III Unidades Hidrográficas
Código nacional (4 primeros dígitos)
Código regional asignado por la AA 
(6 últimos dígitos)
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
1. Abrir QGIS e ir a añadir 
capa > Añadir capa WFS…
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
Aparecerá la siguiente ventana 
emergente:
1.2: oprimir el botón Nuevo, ello 
para crear una nueva conexión 
WFS (aparecerá una ventana 
emergente)
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
Aparecerá la siguiente ventana 
emergente:
1.2: oprimir el botón Nuevo, ello 
para crear una nueva conexión 
WFS (aparecerá una ventana 
emergente)
1.3: Se asigna un Nombre a la 
conexión y se escribe la URL de 
IDEAM que conecta al servidor de 
la capa, luego se oprime aceptar. 
En este caso URL es:
https://visualizador.ideam.gov.co/gi
sserver/services/Unidades_Analisis/
MapServer/WFSServer
1.2
1.3
https://visualizador.ideam.gov.co/gisserver/services/Unidades_Analisis/MapServer/WFSServer
https://visualizador.ideam.gov.co/gisserver/services/Unidades_Analisis/MapServer/WFSServer
https://visualizador.ideam.gov.co/gisserver/services/Unidades_Analisis/MapServer/WFSServer
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
Nos redirige a la ventana 
anterior:
1.4: oprimir el botón 
Conectar, luego aparece 
una advertencia de 
seguridad en la cual se 
oprime “Ignorar”
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
Ya estaremos conectados al 
servicio y se listarán las capas 
disponibles:
1.5: seleccionar la capa 
“Zonificación_Hidrografica_2022”, 
se deja en blanco la pestaña 
“solicitar solo objetos que solapen 
con la extensión de la vista” y se 
oprime el botón Añadir:
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH consumiendo 
datos vía WMS o WFS
Conectarse al servicio Web Feature Service (WFS) de IDEAM: 
Aparecerá la capa de subzonas 
hidrográficas de Colombia cargada 
y el mapa visualizado en la vista de 
QGIS:
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH con archivo shp
nativo
Disponiendo de una capa shape file: 
Se selecciona Añadir capa > Añadir 
capa vectorial…
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH con archivo shp
nativo
Disponiendo de una capa shape file: 
Se selecciona Fuente de datos 
navegando hasta la localización del 
archivo de extensión .shp en el 
disco duro del computador, luego 
se oprime Añadir:
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH con archivo shp
nativo
Disponiendo de una capa shape file: 
Aparecerá la capa de subzonas 
hidrográficas de Colombia cargada 
y el mapa visualizado en la vista de 
QGIS:
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH con archivo shp
nativo
Disponiendo de una capa shape file: 
Ahora ya podrán consultar la 
subzona hidrográfica asignada para 
el Taller 1, verificando la tabla de 
atributos y seleccionando la SZH 
asignada:
Por ejemplo, para la subzona 
hidrográfica Coello, cuyo código es 
2121 se obtiene:
Sectorización Hidrográfica
de Colombia
Visualizar las SZH con archivo shp
nativo
Disponiendo de una capa shape file: 
Ahora ya podrán consultar la 
subzona hidrográfica asignada para 
el Taller 1, verificando la tabla de 
atributos y seleccionando la SZH 
asignada:
Por ejemplo, para la subzona 
hidrográfica Coello, cuyo código es 
2121 se obtiene:
Taller 1
Taller 1: Análisis de consistencia y selección de estaciones 
meteorológicas para estudios hidroclimáticos
Objetivos Específicos: 
1. Realizar la selección de estaciones de precipitación consistentes para definir el régimen 
pluviométrico de la subzona hidrográfica objeto de estudio
2. Realizar la selección de estaciones de temperatura media, mínima y máxima consistentes 
para definir el régimen térmico de la subzona hidrográfica objeto de estudio
3. Determinar el régimen pluviométrico y térmico promedio mensual y anual de la subzona 
hidrográfica objeto de estudio
Objetivo general: Aplicar métodos para la depuración, análisis de consistencia y
selección de estaciones meteorológicas para estudios hidroclimáticos
Taller 1: Análisis de consistencia y selección de estaciones 
meteorológicas para estudios hidroclimáticos
Procedimiento: 
1. Identificar en el drive compartido (ver la hoja de cálculo con grupos de trabajo) cuál es la 
subzona hidrográfica objeto de estudio asignada (código de 4 dígitos) para el grupo de 2 
estudiantes
2. Obtener del portal web de IDEAM el mapa shp de estaciones (catálogo nacional de 
estaciones) y el mapa shp de subzonas hidrográficas de Colombia. (esta información 
también es suministrada en el drive compartido)
3. Identificar las estaciones meteorológicas con información pluviométrica dentro de la SZH y 
en un buffer de 10 km alrededor de ella. (código, nombre de la estación, entidad, 
coordenadas, elevación, tipo de estación, fecha de inicio, fecha de suspensión)
4. Realizar el paso 3 para estaciones con información de temperatura
5. Ingresar al portal web de IDEAM para descargar la información de precipitación, 
temperatura media, mínima y máxima diaria para el periodo 1990 a 2023 en relación con 
las estaciones identificadas en los puntos 3 y 4
Taller 1: Análisis de consistencia y selección de estaciones 
meteorológicas para estudios hidroclimáticos
Procedimiento: 
6. Elaborar un cuaderno ejecutable en Google Colaboratory para leer la información de las 
estaciones preseleccionadas de precipitación e importarlas como un dataframe de la 
librería Pandas
7. Aplicar los siguientes métodos de análisis de consistencia y depuración en la escala diaria: 
a) calcular el porcentaje de datos faltantes por estación, b) grafica de cada estación para 
inspección visual, c) calcular y analizar la matriz de correlación entre estaciones, d) realizar 
imputación de datos faltantes, e) calcular y analizar las curvas de doble masa, f) calcular 
estadísticos básicos para comparar el efecto de la imputación de datos faltantes en las 
series
8. Realizar el análisis de consistencia y depuración de estaciones en la escala mensual y anual, 
aplicando los siguientes métodos: a) aplicar un test de tendencia a los residuos de los datos 
de cada estación imputada con respecto a la serie de referencia en la escala mensual y 
anual
Taller 1: Análisis de consistencia y selección de estaciones 
meteorológicas para estudios hidroclimáticos
Procedimiento: 
9. Generar y graficar los estadísticos mensuales de precipitación (precipitación media mensual 
para el periodo 1990 a 2023)
10. Elaborar un mapa de precipitaciónmensual y anual para la SZH, realizando una 
interpolación por el inverso de la distancia ponderado (IDW)
11. Aplicar los pasos 6 a 9 con la información de temperatura media diaria
12. Elaborar un mapa de temperatura media mensual y anual para la SZH, realizando una 
interpolación lineal con la elevación
13. Realizar un informe de máximo 6 páginas y entregar como anexos los cuadernos 
ejecutables en Google Colaboratory y la base de datos necesaria para ejecutarlos
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando 
el almacenamiento de agua libre en el suelo
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo Método propuesto por
Hernández-López, J. A., Andrade, H. J., & Barrios, M. (2024)
𝑷 − 𝑬𝑻𝒓 − 𝑹 =
∆𝑺
∆𝒕
Conceptualmente R puede incluir: escorrentía, percolación, 
agua gravitacional, flujo subsuperficial
Precipitación
Evapotranspiración
Escorrentía
Agua Subterránea
𝑺
Percolación
Agua Gravitacional
Agua Libre Interflujo
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
Nivel óptimo de humedad del suelo para el crecimiento de las plantas, en el cual
el exceso de agua ha tenido la oportunidad de drenar debido a la gravedad
Estado de humedad en el que todos los poros del suelo están llenos de agua y
no hay espacio de aire entre las partículas del suelo. En este estado, el suelo está
completamente saturado y no puede retener más agua
Nivel de humedad del suelo en el cual las plantas no pueden extraer agua del
suelo de manera efectiva. El agua que queda en los poros del suelo está tan
adherida a las partículas del suelo que las raíces de las plantas no pueden
ejercer suficiente fuerza para extraerla. Esto se debe a la tensión superficial del
agua y a la atracción entre el agua y las partículas del suelo
Punto de 
Marchitez 
Permanente
Capacidad 
de Campo
Saturación
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
Punto de 
Marchitez 
Permanente
Capacidad 
de Campo
≈ 𝜃1500
≈ 𝜃33
Humedad 
disponible para las 
plantas
𝑨𝒈𝒖𝒂 𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆 = 𝜽𝟑𝟑 − 𝜽𝟏𝟓𝟎𝟎
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
Datos Necesarios para el cálculo del BH:
➢Precipitación media mensual
➢Temperatura media, mínima y máxima mensual
➢Evapotranspiración de referencia
➢Agua libre (también llamada Agua útil o Agua disponible para las plantas)
➢Valor inicial de almacenamiento de agua libre
Precipitación
Evapotranspiración
Escorrentía
Agua Subterránea
𝑺
Percolación
Agua Gravitacional
Agua Libre Interflujo
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
1. Se calcula la capacidad de almacenamiento de agua libre: 
2. Se calcula R: 
3. Se calcula el almacenamiento provisional de agua libre: 
4. Se calcula la Evapotranspiración real (ETr o ETc): 
5. Se calcula el almacenamiento de agua libre final del 
intervalo: 
Z
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
kc 0.9 0.85 0.89 0.95 0.89 0.91 0.88 0.91 0.96 0.91 0.88 0.94
f() 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual
Smax 120mm P 152.90 168.13 229.00 256.55 226.68 141.58 110.12 104.20 161.26 269.86 295.49 205.70 2321.45581
C1 1 ETP 127.56 120.98 134.86 125.62 123.76 119.33 128.31 135.04 129.79 125.43 114.75 119.64 1505.05932
S_inicial 8.00 5.20 17.16 0.00 0.66 9.85 11.41 7.09 0.00 0.00 5.86 19.02
R 40.90 53.33 126.16 136.55 107.34 31.43 1.53 0.00 41.26 149.86 181.35 104.72 974.427425
S* 120.00 120.00 120.00 120.00 120.00 120.00 120.00 111.29 120.00 120.00 120.00 120.00
ET_real 114.80 102.84 120.00 119.34 110.15 108.59 112.91 111.29 120.00 114.14 100.98 112.46 1347.49
S_final 5.20 17.16 0.00 0.66 9.85 11.41 7.09 0.00 0.00 5.86 19.02 7.54
delta S (balance) -2.80 11.96 -17.16 0.66 9.19 1.56 -4.32 -7.09 0.00 5.86 13.16 -11.48 -0.46
delta S = P - R - ET_real -2.80 11.96 -17.16 0.66 9.19 1.56 -4.32 -7.09 0.00 5.86 13.16 -11.48 -0.46
Deficit Hidrico 5.2 17.2 0.0 0.7 9.9 11.4 7.1 -11.6 -4.6 5.9 19.0 7.5
Comprobación P 152.90 168.13 229.00 256.55 226.68 141.58 110.12 104.20 161.26 269.86 295.49 205.70
Fuente del Método:
Hernández-López, J. A., Andrade, H. J., & Barrios, M. (2024). Agricultural drought assessment in dry zones of Tolima, Colombia, using 
an approach based on water balance and vegetation water stress. Science of The Total Environment, 921, 171144. doi:
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171144
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171144
Fuente del Método:
Hernández-López, J. A., Andrade, H. J., & Barrios, M. (2024). Agricultural drought assessment in dry zones of Tolima, Colombia, using 
an approach based on water balance and vegetation water stress. Science of The Total Environment, 921, 171144. doi:
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171144
-50.00
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Balance Hídrico de Largo Plazo (1990-2022)
R ET_real delta S (balance)
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Precipitación
P
𝑹 + 𝑬𝑻𝒓 ±
∆𝑺
∆𝒕
= 𝑷
Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el almacenamiento 
de agua libre en el suelo
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171144
Taller 2
Taller 2: Realizar el balance hídrico de largo plazo 
considerando el almacenamiento de agua libre
Objetivos Específicos: 
1. Establecer las variables de entrada necesarias para el cálculo del balance hídrico de largo 
plazo a nivel mensual
2. Determinar la evapotranspiración real y el almacenamiento de agua libre a nivel mensual
3. Calcular el déficit de humedad a nivel mensual
Objetivo general: Elaborar el balance hídrico de largo plazo de una subzona
hidrográfica
Procedimiento: 
1. Seguir el procedimiento “Balance Hídrico de Largo Plazo: Considerando el
almacenamiento de agua libre en el suelo”
2. Realizar un informe de máximo 6 páginas y entregar como anexo un archivo Excel con el 
balance hídrico determinado
Taller 2: Realizar el balance hídrico de largo plazo 
considerando el almacenamiento de agua libre
	Diapositiva 1: Balance Hídrico de Largo Plazo
	Diapositiva 2
	Diapositiva 3
	Diapositiva 4
	Diapositiva 5
	Diapositiva 6
	Diapositiva 7
	Diapositiva 8
	Diapositiva 9
	Diapositiva 10
	Diapositiva 11
	Diapositiva 12
	Diapositiva 13
	Diapositiva 14
	Diapositiva 15
	Diapositiva 16
	Diapositiva 17
	Diapositiva 18
	Diapositiva 19
	Diapositiva 20
	Diapositiva 21
	Diapositiva 22
	Diapositiva 23
	Diapositiva 24
	Diapositiva 25
	Diapositiva 26
	Diapositiva 27
	Diapositiva 28
	Diapositiva 29
	Diapositiva 30
	Diapositiva 31
	Diapositiva 32
	Diapositiva 33
	Diapositiva 34