Gestión Integrada y Sostenible de Recursos Hídricos fileCada persona necesita un ... •La...

Gestión Integrada y Sostenible de Recursos Hídricos

M1:Fundamentos y Conceptos Básicos para la Gestión de los Recursos Hídricos

Presentado por:

Ing. José Daniel Vizcarra Llerena.

Contenido

1. Introducción a los recursos Hídricos.

2. Conceptos Básicos de la Hidrología.

3. Ciclo Hidrológico.

4. Procesos y Mediciones del ciclo Hidrológico.1. Precipitación.

2. Evaporación.

3. Evapotranspiración.

4. Infiltración.

5. Escorrentía.

5. Tipos de agua.

1. Introducción a los Recursos Hídricos

Distribución del agua en la Tierra:

• No solamente existe la misma cantidad de agua en la tierra hoy,que cuando se creo el planeta, sino que es la misma agua. En lanaturaleza el agua es abundante y a la vez escasa.

Fuente (http://campus.ort.edu.ar/articulo/347271/1-1-a-distribucion-de-agua-dulce-en-el-mundo).


La ONU

Cada persona necesita un

mínimo de 50 litros diarios a

consumir.

En 1990 mas de 1000

millones de personas no

contaban con este servicio.

Crisis grave del agua, por el

cambio climático.


• Si existe tanta agua y según el ciclo hidrológico esta se mantiene, ¿Dónde está el problema?.

• Efecto invernadero.

• Cambio climático.

• Contaminación ambiental. Pueden ser algunos motivos de este grave problema.


• Muchas de las industrias mundiales de crecimiento alto, utilizan aguas en fuertes cantidades.

• Junto con el crecimiento de la población también se da el crecimiento del consumo de agua.

• La contaminación mundial masiva de los sistemas de agua de la superficie supone una gran carga sobre las reservas de agua potable restantes.

• La deforestación global, la destrucción de zonas húmedas, el vertido de pesticidas y fertilizantes en las vías fluviales y el calentamiento global son el resultado que paga el frágil sistema acuífero de nuestro planeta Tierra.


• El Perú, con un área de 1 285 216 km2 y una población de 28 220 764 millonesde habitantes (a octubre de 2007), se encuentra ubicado en el centro de la costaoeste de Sudamérica. La presencia de la corriente peruana (localmente conocidacomo la Corriente de Humboldt), la cordillera de los Andes y la selva amazónicahan creado una gran diversidad de climas dentro del país y una distribución muydesigual de los recursos hídricos. El (INRENA) identificó 106 cuencashidrográficas. Tres macrocuencas contienen las cuencas identificadas como lacuenca del Pacífico, la cuenta del Atlántico y la cuenca del lago Titicaca,


• El consumo anual de agua en el Perú es aproximadamente de 20 072 millones de metros cúbicos por año (Mm3/año), de los cuales 80% se emplean en actividades agrícolas, 18% son usados en servicios de agua potable y alcantarillado y usos industriales y 2% es empleado en la industria minera. El uso no consuntivo, que incluye la generación de energía eléctrica, se estima en 11 139 Mm3/año.

2. Conceptos Básicos de la Hidrología

1.- Etimologia:

Viene del Griego HYDOR (Agua) y LOGOS (Estudio).

2.- ¿Qué es la Hidrología?

• La hidrología es una ciencia relativamente poco desarrollada, que trata del origen y de la distribucióndel agua considerada como recurso natural. La aplicación de los principios de la hidrología a laadministración y al aprovechamiento de las tierras es tan completamente nueva que apenas laconocen incluso muchos técnicos de silvicultura y agronomía.

• Según Dingman (1994), es “La ciencia que se enfoca al ciclo hidrológico global y a los procesosinvolucrados en la parte continental de dicho ciclo, es decir, es la geociencia que describe y predice:• Las variaciones espaciales y temporales del agua en las etapas terrestre, oceánica y atmosférica del sistema

hídrico global.• El movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre, incluyendo los procesos químicos, físicos y

biológicos que tienen lugar a lo largo de su trayectoria”.


3.- Importancia de la Hidrología:

• En la actualidad la hidrología cumple un papel muy importante en elplaneamiento del uso de los Recursos Hídricos, llegando a convertirseen parte fundamental de los proyectos de ingeniería que tienen quever con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje,protección contra la acción de ríos y recreación.

• De otro lado, la integración de la hidrología con la Geografía(Hidrogeografía) matemática en especial a través de los sistemas deinformación geográfica ha conducido al uso imprescindible delcomputador en el procesamiento de información existente y en lasimulación de ocurrencia de eventos futuros.


Fundamentos y usos de la Hidrología.

El diseño de obras hidráulicas, para efectuar estos estudios se utilizan frecuentemente modelos matemáticos que

representan el comportamiento de toda la

cuenca sustentada por la obra en examen

La operación optimizada del uso de los recursos hídricos en un sistema complejo de obras hidráulicas, sobre todo si son

de usos múltiples. En este caso se utilizan generalmente

modelos matemáticos conceptuales, y se procesan

en tiempo real

El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de como un río, arroyo, o de un lago es fundamental para

poder establecer las áreas vulnerables a los eventos

hidrometeorológicosextremos

Prever un correcto diseño de infraestructura vial, como

caminos, carreteras, ferrocarriles, etc.


4.- Ciencias que intervienen en el estudio de la Hidrología.

Ciclo Hidrológico

• Movimiento general del agua ascendente por evaporación y descendente primero por las precipitaciones y después en forma de escorrentía superficial y subterránea.

Hidrología Superficial

• Describe la relación entre lluvia y escurrimiento lo cual es de importancia para los diversos usos del agua ya sea para usos domésticos, agricultura, control de inundaciones, generación de energía eléctrica y drenaje rural y urbano.

• Describe la dinámica de flujo del agua en sistemas superficiales (ríos, canales, corrientes, lagos, etc.,)

Hidrología Subterránea

• Hidrología subterránea se suele considerar que es sinónimo de Hidrogeología, aunque cabe introducir matices según el énfasis fisicomatemático o geológico.

Hidráulica de Canales

• Estudia el movimiento de los fluidos.


5.- Conceptos Básicos de la Hidrología:

5.1.- Cuenca:

La cuenca es la unidad hidrológica superficial más utilizada. Consiste en una porción de territorio que se puede aislar de forma que siesta fuese impermeable toda el agua que escurriría por ella drenaría por un mismo punto. Dos tipos de cuenca se pueden reconocer,endorreicas y exorreicas.

Las cuencas endorreicas son aquella que terminan en un lago central.

Las cuencas exorreicas son aquellas cuencas que drenan fuera de la unidad hidrológica.

Es un elemento que permite controlar las cantidades de agua para poder hacer una contabilidad de la misma.


5.1.1.- Cuenca Hidrográfica:

Es un espacio definido por la naturaleza, con base en la divisoria de las aguas y laescorrentía superficial. En la Practica las zonas mas altas y los cerros que circundan unRio son definidas como cuenca hidrográfica; allí se ubican los recursos naturales, lasciudades, las industrias y/o actividades humanas, infraestructura y servicios de laspoblaciones.

Las cuencas son espacios socio geográficos donde las personas y sus organizacionescomparten el territorio, identidades, tradiciones, cultura socializan y trabajan enfunción de la disponibilidad de los recursos naturales.

Zona de RecargaZona de Transición

Zona de Descarga


5.1.2.- Cuenca Hidrológica:

Son unidades morfológicas integrales y además de incluir todo elconcepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido toda laestructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un Todo.


6.- Cauce:

También llamado lecho, es el conducto descubierto o acequia por dondecorren las aguas para riegos u otros usos.

3. Ciclo Hidrológico del Agua


Un poco de Historia

En la época antigua Platón y Aristóteles

pensaban que el ciclo hidrológico se

alimentaba a partir del mar.

En el siglo XVII Descartes y Kepler pensaban lo mismo

En el mismo siglo Marriotte y Perrault la

noción poética del ciclo del agua fue

demostrada en la cuenca del Río Sena,

aquí nació el concepto de la Hidrología.


1.- ¿Qué es el Ciclo del Agua?

• Una de sus definiciones es el proceso de circulación entre las distintas partes de la Hidrosfera.

• Otro concepto es que se denomina ciclo del agua o hidrológico al movimiento general del agua ascendente por evaporación y descendente primero por precipitaciones y después en forma de escorrentía superficial y subterránea.


• El ciclo hidrológico se puede definir como una serie de reserva o áreasde almacenamiento, y una serie de procesos que causas que el agua semueva entre estas reservas.

RESERVA DE AGUA % PORCENTAJE

OCEANOS 97

AGUA DULCE 3

CASQUETES POLARES 78

AGUA SUBTERRANEA 21

RIOS, LAGOS, LLUVIAS 1


2.- Balance Hídrico:

• El Balance Hídrico es la contabilidad cuantitativa del ciclohidrológico. El período de tiempo que se suele considerar paracuantificar el balance Hirdrico de una determinada zona se ledenomina Año Hidrológico.

• La única forma de aportación al ciclo del agua es por medio de lasprecipitaciones.


2.- Balance Hídrico:

Podemos deducir la siguiente ecuación para el balance hídrico, que es la conservación de la masa en un sistema Hidrobiológico acotado.

𝑃 = 𝑅 + 𝐸 ± ∆𝑆 ± ∆𝐺

Donde:

P = Precipitación (mm/día)

R = Escorrentía

E = Evaporación

ΔS = Cambio de Nivel de humedad en el suelo.

ΔG = Cambio del nivel de agua subterránea.

Si esta ecuación se promedia a lo largo del ciclo del agua puede no haber cambios significativos en ΔS y ΔG, la ecuación quedaría de la siguiente forma.

𝑃 = 𝑅 + 𝐸

Esta ecuación será utilizada para determinar la evaporación a partir del balance hídrico anual de sistemas cerrados.

Ec. 1

Ec. 2

4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.

• El sol dirige el ciclo calentando el agua de los océanos, produciéndose la Evaporacióndel agua que a posterior formaran las nubes que precipitaran.Evaporación

• El agua que se encuentra en estado sólido pasa directamente al estado de vapor. Es el caso de los glaciares, que por el aumento de la temperatura el hielo se vaporiza.Sublimación

• Cambio en el estado de la materia de vapor a líquido que se produce con elenfriamiento. Este proceso libera energía de calor latente para el medio ambiente.Condensación

• Las grandes masas de vapor arrastradas de manera ascendente por los vientos llegan acondensarse a cierta altura de la atmosfera, las cuales por choque entre ellas alcanzancierto volumen y peso, lo que genera la precipitación.

Precipitación

• El agua precipitada discurre por la superficie debido a la gravedad, una parte del agua entra en los ríos a través de encañadas y estos ríos llevan el agua hacia los océanos y otra parte del agua que discurre se acumula y son almacenadas en lagos y lagunas.

Escorrentía

• Parte del agua de precipitación es filtrada hacia los estratos profundos del suelo alimentando las aguas subterráneas (ACUIFEROS).Infiltración


1.- Precipitación:

•Formas del agua en estado Líquido o sólido que caen directamente sobre la superficie terrestre. Ej. Lluvia, llovizna, granizo, nieve, etc.Concepto

•Fuente son las nubes, estas no se llegan a producir hasta que las diminutas partículas que las constituyen se unen y consiguen un tamaño suficiente que les ayude a vencer la fuerza ascendente de las corrientes atmosféricas.Fuente

•Proximidad al mar.

•Aumento de la humedad del aire.

•Corrientes ascendentes de aire.

•Presencia de núcleos de condensación.

•Gotas condensadas no deben de evaporarse cuando atraviesen aire más seco y de tamaño suficiente para caer por la gravedad hacia la tierra.

Causas

•Pluviómetros.

•Radar.

•Detección remota por satélite.

Métodos de

Medición

4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.1.- Precipitación:

Tipos de Precipitación:

Convectivas: Causadas por el ascenso de aire cálido mas liviano que el aire frio de los alrededores.

Orográficas: Resultan del ascenso del aire cálido hacia una cadena de montañas.

Ciclónicas o frontales: Se producen cuando hay un encuentro de nubes de diferentes temperaturas. Lascalientes son impulsadas a las partes mas altas donde precipitan.


1.- Precipitación:

Equipos de Medición:

Pluviómetro: Es un recipiente abierto cuyos lados son verticales, puede ser un recipiente con goteo de 0.2 mm y cada vez que cae esta cantidad se registra la hora del comienzo y del final, el mas utilizado es el pluviómetro de Hellman, este es un cilindro hueco colocado verticalmente; en su parte inferior termina en forma de embudo. Su boca es de 200 cm2 este equipo debe ubicarse a una altura de 1.5 m del suelo.


1.- Precipitación:

Garita Meteorológica: Esta debe de situarse con independencia deencontrarse en la zona baja de un valle, o en zona de pendiente acusada,los lugares adecuados para que se ubique este tipo de equipos son enpraderas, descampados, techos, No brindan data climatológica.


1.- Precipitación:

Otros Métodos: Métodos del Radar y Satélites, son utilizados por lasoficinas meteorológicas del mundo con la finalidad de obtenerInformación mas exacta de los fenómenos climatológicos a ocurrir y en unmenor tiempo.


1.- Precipitación:

Análisis de la Precipitación:

Análisis de la precipitación

Intensidad

frecuencia

Tiempo de duración

Valores extremos de precipitación

Altura y área


1.- Precipitación:

IDF: Curva de pendiente negativa, mayor intensidad de lluvia menor duración.

𝐼 =𝐶

𝑡𝑛

Ec. 3

Donde:

I = Intensidad de la lluvia (mm/h)t = Duración de la tormenta (h)C = Constante de la localidad.n = Constantes de la localidad.


Hietogramas:

Intensidad de lluvias en función del tiempo.


Pluviograma: Distribución de lluvias acumuladas en función del tiempo.


Polígono de Thiessen:

Los polígonos de Thiessen son uno de los métodos de interpolación más simples,basado en la distancia euclidiana, siendo especialmente apropiada cuando losdatos son cualitativos. Se crean al unir los puntos entre sí, trazandolas mediatrices de los segmentos de unión. Las intersecciones de estasmediatrices determinan una serie de polígonos en un espaciobidimensional alrededor de un conjunto de puntos de control, de manera queel perímetro de los polígonos generados sea equidistante a los puntos vecinos ydesignando su área de influencia.


2.- Evaporación:

• Evaporación es el cambio progresivo del estado líquido al estadogaseoso.

• La evapotranspiración mezcla de la vaporización y evaporación es unfenómeno que se da en las hojas y arboles.

• Utiliza Los evaporímetros, también conocidos como atmómetros


Equipos Usados:

Tanque Clase A:

Es un deposito cilíndrico de material galvanizado con un diámetro de 120cm y 25.4 cm de altura, Instalado sobre un enrejado de madera o metal aunos 15 cm del suelo. El agua previamente medida, debe mantenerse endías sucesivos entre dos señales del fondo del recipiente.


3.- Evapotranspiración:

La cantidad de agua consumida por las plantas denominado tambiéncomo uso consuntivo puede ser medido directamente en el campo opuede ser medido indirectamente mediante modelos matemáticosutilizando información climática como temperatura, radiación solar,humedad relativa entre otros.

4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.Factores que influyen en la evapotranspiración:

Medio Factor Relación con la evapotranspiración

Poder evaporante de la atmosfera

Radiación Solar + radiación = + evaporación

temperatura + temperatura = + evaporación

Humedad - Humedad = + evaporación

Presión atmosférica - Presión = + evaporación

Viento + Viento = + evaporación

Evaporación desde la lamina de agua

Poder evaporante de la atmósfera. + poder evaporante = + evaporación

Salinidad del agua + salinidad = - evaporación

Temperatura del agua + temperatura = + evaporación

Evaporación desde un suelo desnudo

Poder evaporante de la atmosfera. + Poder evaporante = + evaporación

Tipo de suelo Depende de la textura

Grado de humedad del suelo + Humedad = + evaporación


Métodos de medición:

Método del Lisímetro:

Es una báscula sobe la cual está situada un área experimental, el cambio de peso que realice por pérdida de agua en forma de vapor, la bascula lo cuantifica como agua perdida.


Modelo de Hargreaves:

Solo necesita datos de temperatura y radiación solar:


4.- Infiltración:

Movimiento del agua desde la superficie terrestre del suelo hacia las capas inferiores del suelo.

Infiltrabilidad del suelo: Flujo que el perfil del suelo puede absorber a través de su superficie, cuando es mantenido en contacto con el agua a la presión atmosférica.

Infiltración acumulada: Integración en el tiempo de la velocidad de infiltración.

𝐼 = 𝐾 𝑥 𝑇 𝑥 𝑛

Donde :

I = Velocidad de Infiltración Instantánea.T = tiempo en minutosK = constante (t = 1)n = Pendiente de la curva de velocidad



Infiltrómetro: método mas fácil de manejar y determina la velocidad de infiltración en suelos en los que se establecerán métodos de riego.

Otros métodos son :

• Surcos infiltrómetros.

• Represa o poceta.


5.- Escorrentia:

Tambien llamado escurrimiento superficial es el volumen de las precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos las retención superficial y la infiltración.



Aforo:

Se debe de aforar o medir las corrientes, estas se realizan en estaciones hidrométricas y los resultados se describen en Hidrogramas.

El Método racional: Se usa para estimar el caudal maximo

𝑄 =𝐶 × 𝐼 × 𝐴

360

Donde:

Q= Caudal Máximo

C = Coeficiente de escorrentía

I = Intensidad de lluvias

A = Área de cuenca

5. Tipos de Agua

• Son las masas de agua que se mueven siempre en una misma dirección ( Rios, Manantiales, etc.)

Aguas lóticaso corrientes

• Aguas quietas o estancadas (lagos, lagunas, etc.)Aguas lénticas

• También denominadas acuíferos que son aguas que se forman por escorrentía e infiltración .

Aguas Subterraneas

5. Tipos de Agua

Acuíferos:

Acuíferos

Por su estructura

Libres

o de nivel freático

Confinado o capas

confinantes

Hidrodinámico

Acuíferos Acuitardos AcuicludosAcuífugos

(nulos)

Gestión Integrada y Sostenible de Recursos Hídricos fileCada persona necesita un ... •La...

Documents

Transcript of Gestión Integrada y Sostenible de Recursos Hídricos fileCada persona necesita un ... •La...