CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS DE UNA CUENCA

La fuente de energía que pone en movimiento al ciclo hidrológico es la radiación solar que atraviesa la atmosfera, en donde se produce diversos procesos o fenómenos meteorológicos como la humedad, la precipitación, la evaporación, la temperatura y el viento, entre los más importantes desde el punto de vista hidrológico. Todos estos fenómenos definen el clima de un medio ambiente, que para la hidrología vendría a ser la cuenca el principal medio ambiente. Entonces podemos concluir que el régimen hidrológico de una región o cuenca está determinado tanto por sus características climatológicas o climáticas como por sus características físicas.

El ingeniero debe conocer los aspectos fundamentales de estas variables meteorológicas, principalmente de la precipitación y la evaporación, que tienen una directa relación en el proceso de formación de la escorrentía.

En este capítulo se trata sobre la radiación solar, la humedad atmosférica, la temperatura y el viento. Los procesos de precipitación y la evaporación, dada su importancia, se tratan en capítulos separadas.

1. LA RADIACIÓN SOLAR

La radiación solar es la fuente de energía del ciclo hidrológico, es tan importante como la precipitación. En Hidrología, interesa conocer los conceptos fundamentales, para lo cual nos ayudamos con la siguiente figura:

ΔLBEDO (α): Es la fracción de la radiación reflejada:

0 ≤ α ≤ 1

Para aguas profundas, α = 0.06, lo que indica que la mayor parte de la radiación entrante es absorbida.

Para nieve fresca, α = 0.90, lo que indica que la mayor parte de la radiación entrante es reflejada.Cuando la radiación entrante llega a la superficie terrestre, esta es absorbida o reflejada tal como se observa en la Figura, es decir:

Radiación reflejada = α Ri

Radiación absorbida = (1 - α) Ri

Por otro lado, como siempre hay radiación entrante, la superficie terrestre estará emitiendo continuamente radiación, entonces:

RADIACIÓN EMITIDA (Re): Es la radiación emitida en forma continua por la superficie terrestre en función de la temperatura de la superficie.

Luego, la entrada neta de radiación a la superficie terrestre estará dada por la radiación neta (Rn):

RADIACIÓN NETA (Rn): Es la entrada neta de radiación a la superficie terrestre en cualquier instante. Esta dada por l diferencia entre la radiación absorbida y la radiación emitida.

Rn = Radiación absorbida – Radiación emitida

Reemplazando:

Rn = (1 - α) Ri - Re (1)

Donde:

Rn = Radiación neta o Radiación neta absorbidaRi = Radiación entranteRe = Radiación emitidaα = Albedo(1 – α) Ri = Radiación absorbida

La radiación emitida Re está dada por la ley de Stefan – Boltzmann:

Re = е σ T 1/4 (2)

Donde:

е = Emisividad de la superficie σ = Constante de Stefan – Boltzmann = 5.67 × 108 W/m2 × K4

Para un cuerpo negro, е = 1Para superficie de agua, е = 0.97.

2. HUMEDAD ATMOSFÉRICA

Es el contenido de agua en la atmósfera, de la cual se origina la precipitación que cae sobre la superficie de la tierra. Existen varias formas de cuantificar el contenido de humedad, pero la más importante es como Humedad Relativa.

HUMEDAD RELATIVA (HR): Es la relación entre la cantidad de humedad en un espacio dado y la cantidad de humedad en dicho espacio si es que estuviera saturado. En términos de presión de vapor, se puede definir como la relación entre la presión ejercida por la presión de vapor de agua (е) y la presión de vapor de saturación (е s), a una temperatura dada. Se expresa así:

HR = ееs

× 100 (3)

Donde:

HR = Humedad relativa (%)е = Presión de vapor de aguaеs = Presión de vapor de saturación

3. LA TEMPERATURA

La temperatura es el grado de calor que tienen los cuerpos o sustancias. En la medida que se tenga mayor disponibilidad de datos de temperatura que la radiación solar, es de gran importancia en Hidrología.Su variación vertical en la atmósfera da lugar a que esta se divida en 2 partes: la tropósfera y la estratósfera. En la tropósfera, la temperatura disminuye en 0.6 a 1.00 °C por cada 100 m de altura y en la estratósfera las condiciones son aproximadamente isotérmicas.

GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURAEs la tasa de variación de la temperatura con la altitud. Depende de las condiciones locales en relación al contenido de vapor de agua en la atmósfera. En este caso, la gradiente de temperatura en la tropósfera es de 0.6 a 1.00 °C por cada 100 m de altura. Sin embargo, en la práctica, se podría estimar esta gradiente, para condiciones locales, relacionando datos de temperatura anual (puede ser °C) con la altitud (en m.s.n.m) empleando métodos estadísticos de regresión y correlación como la siguiente Ecuación de Regresión Lineal Simple (ERLS):

T = a + b H (4)

Donde:

T = Temperatura media anual (°C)H = Altitud (m.s.n.m)a, b = Parámetros de la ERLSPara T = Coeficiente de correlación = Altamente significativo

4. EL VIENTO

Se define el viento como el aire en movimiento. Por lo tanto tiene velocidad y dirección. En Hidrología interesa porque es un factor importante principalmente en los procesos de evaporación y evapotranspiración.La velocidad del viento se mide mediante aparatos denominados anemómetros. La unidad de medida es milla/hora, m/s o nudo (1 nudo = 1.85 Km/h).La velocidad del viento varía con la altura sobre el terreno. La capa inferior de la atmósfera en donde las velocidades del viento se reducen por diversos efectos, se denomina “capa de fricción”; por encima de 650 m estos efectos no son significativos.La relación entre la velocidad del viento a la altura del anemómetro y la que tiene a un nivel más elevado en la capa de fricción es la siguiente:

VV 0

= ( zz0 )K

(5)

Donde:

V = Velocidad del viento a la altura z sobre el terrenoV0 = Velocidad del viento al nivel del anemómetroK = Factor = 1/7.