De: SALA, M. y BATALLA, J. M. (1996): Teora y Mtodos en Geografa Fsica. Editorial Sntesis, Espacios y Sociedades, 1, 303 pp. Historia de la hidrologa El agua es esencial para la vida y su distribucin y disponibilidad estn asociadas con el desarrollo de las sociedades humanas. Por esta razn, los estudios sobre hidrologa son, en cierto sentido, tan antiguos como las civilizaciones. Biswas (1970) llega a situar el origen de la hidrologa varios milenios antes de Cristo. En la cuenca mediterrnea, cuna de nuestra civilizacin, el inters por la gestin de los recursos del agua es ancestral. As, uno de los planes de irrigacin ms antiguos que se conocen es el de la villa de Nippur en la Mesopotamia del siglo XIII a. C. (Kazmann, 1971). En la Grecia clsica, Platn ya pone de manifiesto el papel del bosque en la escorrenta (Poncet, 1968). No obstante la idea de que la lluvia poda ser el origen de las aguas que circulan por los ros tard mucho en aparecer. Ciertamente la dificultad de esta comprensin es ms grande en un medio mediterrneo, puesto que no se da una correlacin simple entre precipitacin y escorrenta. Tan difcil resulta en estas condiciones relacionar los caudales de finales de junio con las lluvias de invierno, como la ausencia de escorrenta permanente despus de las lluvias de otoo. En la antigedad clsica e inters por el conocimiento de la localizacin y magnitud de los recursos hdricos es bien notoria, as como la bsqueda de una explicacin a la ocurrencia de fuentes, ros y al posible movimiento del agua en el suelo. As, para Platn el origen de ros y fuentes es el ocano homrico o Tartarus, un gran pasaje subterrneo con ramificaciones que penetraban toda la tierra hasta que sala al exterior por ros y fuentes. Aristteles crea que el agua de la superficie era debida a la condensacin del agua que contiene la tierra, es decir, a que existen unos vapores subterrneos ascendentes. Sin embargo Aristteles explic los mecanismos de la precipitacin y Vitrubio, trescientos aos ms tarde, comprendi el origen pluvial de las fuentes, al entender que el agua subterrnea se originaba en su mayor parte por la infiltracin de la lluvia y la fusin de la nieve. Otro aspecto a mencionar son los esfuerzos para tomar mediciones de caudales, uno de los pilares donde se asienta la Hidrologa. El primer instrumento que se conoce es el utilizado para medir los niveles del Nilo, y consiste en columnas talladas llamadas nilmetros en las que se registraron niveles de hasta 74,25 metros. Tambin se cuantificaron incrementos del lecho de 2,68 metros en 2800 aos, lo que significa una acumulacin de sedimentos de 0,09 metros cada 100 aos. El primer nilmetro rabe se construy en el ao 715 en la isla de Roda y se tienen registros de los niveles mximos y mnimos desde el ao 641. Leonardo Da Vinci (1452-1519) llev a cabo multitud de observaciones de campo, las cuales, si bien, fueron ms cualitativas que cuantitativas, tiene ya visos de modernidad.

Intuy, aunque algo confusamente, el ciclo hidrolgico, y lleg a una comprensin mucho mejor que cualquiera de sus predecesores o contemporneos de los principios del flujo del agua en los canales fluviales. Da Vinci tuvo dos conceptos del ciclo hidrolgico, uno correcto, el de la evaporacin de mares y lagos formando nubes y su posterior condensacin, y otro incorrecto, que el agua fluye tambin desde el interior de la tierra hasta las montaas y all aparece a travs de fisuras. Sin embargo adquiri un conocimiento del flujo en canales abiertos mejor que ninguno de sus predecesores, conocimiento basado en la observacin y la medicin. Tena un concepto claro del principio de continuidad, es decir, de que hay un mismo volumen de agua en canales de diferente dimensin y que lo que vara es la velocidad. Hizo observaciones sobre la distribucin de la velocidad mediante un flotador situado en el agua, un distancimetro en tierra y cantando las escalas musicales para medir el tiempo. Tambin utiliz un nivel para medir la pendiente del ro, tintes para estudiar el movimiento turbulento del agua, y puntos de aforo fijos para facilitar las observaciones de caudal. Estudi sistemticamente las configuraciones del lecho y los efectos de friccin. Observ experimentalmente la sedimentacin detrs de obstculos y construy canales de madera para detectar mejor los fenmenos hidrolgicos. Formul teoras sobre la irrigacin, el drenaje y el control de avenidas. Planeaba escribir un libro sobre el agua que probablemente hubiese cambiado la historia de la Hidrologa. Pero fue el francs Bernard Palissy (1510-1590) quin intuy, acertadamente, que el origen nico de fuentes y ros era la infiltracin y retorno en superficie del agua de precipitacin. Palissy era alfarero pero era un gran observador de la naturaleza y se interes por los problemas relacionados con el agua. Afirm categricamente que los ros no podan tener otro origen que el de la precipitacin, rechazando la teora de los cambios en el nivel del mar y los tneles subterrneos por los que el agua ascenda hasta las montaas. Comprendi el principio de los pozos artesianos de la llanura del Po, es decir, su alimentacin fluvial subterrnea, y recomend la forestacin para prevenir la erosin. Desgraciadamente sus trabajos. lo mismo que los de Leonardo, no influyeron en sus contemporneos, todava dominados por las ideas clsicas y religiosas. En la misma poca la contribucin de Jacques Besson se centr en la comprensin del ciclo hidrolgico, afirmando que el agua de precipitacin es suficiente para mantener ros y fuentes. Observ que el caudal decrece cuando baja la precipitacin, y afirm que evaporacin y precipitacin son iguales en cantidad. Por otro lado, el arquitecto Giovani Fontana de Medi llev a cabo investigaciones sobre las crecidas del Tiber en Roma, con mediciones sistemticas y anlisis del flujo de crecida. Propuso una mejora de los canales de drenaje para evitar inundaciones. No fue hasta cerca del final del siglo XVII cuando se formularon teoras plausibles acerca del ciclo hidrolgico basadas en pruebas empricas. Los mayores avances se deben al trabajo de tres hombres que llevaron a cabo investigaciones hidrolgicas con mtodo cientfico, por lo que pueden muy bien ser considerados como los fundadores de

la Hidrologa. Se trata de los franceses Perrault (1613-1688) y Mariotte (1620-1684), y el ingls Halley (1656-1742). Perrault, con sus estudios sobre la precipitacin y caudal del Sena en Pars, demostr que, contrariamente a lo que se haba venido creyendo, la precipitacin era ms que suficiente para alimentar el flujo fluvial y el de las fuentes, puesto que estim la pluviometra en la cuenca de Pars en 520 mm/ao, mientras que el caudal del Sena aguas abajo de Pars era de unos 100 mm/ao. Es interesante destacar que el estudio de Perrault, para probar su hiptesis de que slo la lluvia era suficiente para alimentar ros y fuentes a lo largo del ao, se realiza dentro del marco de una cuenca de drenaje, en la que estima las entradas de agua procedente de las precipitaciones y mide las salidas por el cauce, con lo que lleva a cabo el primer balance de agua. Sin embargo considera las entradas por infiltracin y por agua subterrnea como fenmenos locales y ocasionales. La publicacin pstuma en 1686 del Trait du mouvement des eaux et des autres corps fluides, de Mariotte, traducido al ingls en 1718, influy decisivamente al desarrollo de la Hidrulica y la Hidrologa. El libro trata de las varias propiedades de los cuerpos fluidos, del origen de las fuentes, del equilibrio de los fluidos por su gravedad, del agua corriente y su medicin, de la altura y amplitud de las corrientes perpendiculares y oblicuas, de la conduccin de aguas y de la resistencia de las tuberas. De especial inters en Hidrologa es la parte dedicada al origen de las fuentes y a la determinacin de la velocidad y el caudal. Aporta pruebas experimentales (midi la precipitacin anual en Dijon durante tres aos) de que el agua de lluvia es ms que suficiente para alimentar les fuentes, y de que el incremento o descenso del caudal est relacionado con la precipitacin. Explica en detalle como el agua procedente de la lluvia se infiltra hasta llegar a un nivel subterrneo impermeable por el que circula hasta que encuentra un punto de salida. Con relacin a la determinacin de la velocidad del agua, utiliz flotadores como Leonardo, pero sugiri que estos fuesen de cera para que se sumergieran, sin llegar a caer en el fondo, a fin de reducir el efecto del viento en superficie. El tiempo de recorrido lo midi con un pndulo de medio segundo. Us flotadores interconectados para demostrar que la velocidad variaba con la altura desde el fondo y estim como velocidad media la que se registra a dos tercios de la superficie. Otro investigador importante en este periodo fue el astrnomo ingls Edmond Halley (1656-1742), que experiment con la evaporacin para demostrar que produca suficiente agua para generar la lluvia que alimenta el flujo de los ros. Para determinar la cantidad de agua que se evapora de los ocanos tom un recipiente de dimensiones conocidas y lo llen con agua, calentndola hasta alcanzar la temperatura del mar en la poca de verano. Al cabo de una hora midi de nuevo el agua y encontr que se haba perdido una cierta cantidad. Estim despus las dimensiones del Mediterrneo y calcul en toneladas el agua que deba evaporarse en verano, entendiendo que la evaluacin era conservadora puesto que no haba tenido en cuenta el efecto del viento. Despus estim la cantidad de agua que llegaba al Mediterrneo a travs de sus grandes ros, asumiendo

que cada uno de ellos tena un caudal diez veces mayor que el del Tmesis. Puesto que esta cantidad era superior a un tercio del total de la prdida por evaporacin, prob que hay suficiente agua en el Mediterrneo para alimentar a todos sus ros. Determin la evaporacin para todos los meses del ao observando el nivel de agua de un recipiente o evapormetro todos los das a la misma hora. Tambin trat el tema de los lagos y mares cerrados, llegando a la conclusin de que su nivel crece por la aportacin de los ros hasta llegar al lmite en que pierde por evaporacin lo que gana en agua fluvial. Durante el siglo XVIII florecieron los experimentos que llevaron a descubrir tanto instrumentos de medicin (piezmetro de Benoulli, frmula de Chzy) y modelos (modelos a escala de Smeaton). Los escoceses Hutton (1726-1797), Playfair (17481819) y Lyell (1797-1875) no slo sientan los principios de la geologa moderna sino que, al entender la adecuacin que existe entre los valles fluviales y los caudales de los ros, contribuyen tambin a poner las bases de la ciencia hidrolgica. Dado que en Hidrologa la estimacin de la velocidad del agua es el punto clave de todo estudio, el perfeccionamiento en los mtodos de medicin representa siempre un hito decisivo. Por ello fue de gran importancia el tubo de Pitot (1695-1771). Este cientfico francs utiliz dos tubos paralelos, uno recto y el otro doblado a 90 en un corto tramo final, montados en un marco de madera. El instrumento se sumerga en el agua a la profundidad deseada con el tubo doblado cara a la corriente. En aguas quietas los niveles de agua de ambos tubos son iguales mientras que en aguas corrientes las alturas difieren. Aunque su comprensin de las leyes fsicas no era correcta el instrumento fue muy til. El francs Antoine Chzy (1718-1798) tuvo a su cargo el proyecto de traer ms agua a Pars procedente del ro Ivette, y se enfrent al problema de determinar la seccin y el caudal adecuados. Para ello desarroll una frmula de clculo, y para probarla condujo dos experimentos en el canal de Compralat y en el Sena, en sectores rectos. La velocidad se tom con un flotador. La frmula es la siguiente: v = a/p, donde a es el rea de la seccin, h es la pendiente y p el permetro mojado. Sin embargo, el anlisis y frmula de Chzy no se incluyeron en el informe, por lo que tard mucho tiempo en ser conocida. Du Buat (1738-1809) era de Normanda, y desarrollo varios principios de hidrulica mediante un gran nmero de experimentos, hechos por orden del gobierno. Sus trabajos fueron traducidos al alemn y al ingls. Razona, como Chzy, que la resistencia es proporcional al cuadrado de la velocidad, v2/m, donde m es la constante de proporcionalidad, que deba ser igual a la fuerza gravitacional en direccin del flujo: v2/m = gS, o sea v2 = mgS, donde g es la constante gravitacional y S la pendiente. Pero finalmente propuso una ecuacin muy complicada e incmoda de aplicar. Si bien la importancia de las ecuaciones de Chzy y de Du Buat es enorme, les faltaba el anlisis de condiciones diferentes a las de sus experimentos para ser realmente universales.

Despus del innegable progreso que signific la etapa anterior, el conocimiento hidrolgico experiment un notable crecimiento y con el siglo XIX llegaron los comienzos de las mediciones sistemticas del flujo fluvial, como en el caso del Rin cerca de Basilea en 1809, del Tber en Roma en 1825, del Garona en 1837, del Ohio en 1838 y del Ebro en Tortosa en 1853. Anivel terico se produjo, en 1889, la derivacin, por parte de Manning, de una frmula universal para calcular la velocidad del agua cuando no se dispone de mediciones, frmula que sigue siendo utilizada hoy en da y que es como sigue: (v = (R2/3 . S1/2) / n), siendo v la velocidad, R el radio hidrulico, S la pendiente y n el coeficiente de rugosidad, coeficiente que fue estimado empricamente por Manning. En 1856 el francs Darcy, con su trabajo Les fontaines publiques de la ville de Dijon, puso los fundamentos de la teora del movimiento del agua subterrnea, al establecer experimentalmente la ley que rige el flujo de agua a travs de arenas, ms tarde completada con la teora sobre el flujo del agua en los pozos, y que signific un notable avance en Hidrologa subterrnea. En esta misma poca se publicaron los primeros libros de texto sobre Hidrologa, como el Manual of Hidrology de Beardmore en 1852. Puede, entonces, muy bien decirse que este siglo fue la gran era de la Hidrologa experimental y, por tanto, el fundamento inmediato de la Hidrologa cientfica actual. La primera mitad del siglo XX se caracteriza por ser un periodo de racionalizacin. En 1932 Sherman propuso que los hidrogramas se confeccionaran con relacin a un mdulo, a fin de que fuesen todos comparables entre s a pesar de proceder de ros con caudales muy dispares. Esto represento un avance fundamental en la modelizacin de las relaciones precipitacin/escorrenta (Anderson y Burt, 1990). Tambin se idearon muchas frmulas empricas para la solucin de varios problemas hidrolgicos, pero en las que la seleccin de coeficientes y parmetros dependa exclusivamente del juicio y experiencia del investigador. Horton (1875-1945), ingeniero hidrulico, es considerado como el padre de la hidrologa en Estados Unidos. Abord el problema de determinar la escorrenta superficial y la erosin en las vertientes, basndose en la teora de que la generacin de escorrenta dependa de que la intensidad la lluvia fuese superior a la capacidad de infiltracin de agua en el suelo (Horton, 1932). Otro hito importante en el desarrollo de la Hidrologa fue el establecimiento, con fines ecolgicos del Laboratorio de Hidrologa de Coweeta, en Carolina del Norte, y de sus cuencas experimentales (Douglas y Hoover, 1988). Los datos recogidos en estas estaciones permitieron a Hewlett (1961) darse cuenta de que, en climas hmedos con vertientes cubiertas por vegetacin, la generacin de escorrenta no era de tipo hortoniano, sino que se produca con relacin a la circulacin subsuperficial y a suelos saturados. Finalmente, Horton (1945) inicia la morfometra, o sea, la descripcin cuantitativa de las redes fluviales y establece las relaciones entre sus parmetros principales, al considerar que las caractersticas fsicas

de las cuencas eran importantes para la estimacin de las caractersticas de la escorrenta. Desde el mbito de la fsica de fluidos se llevan a cabo estudios sobre el comportamiento del agua en el suelo, los cuales son luego aplicados a la Hidrologa (Sposito, 1987). El primer trabajo se debe a Buckingham (1905) y trata del equilibrio y comportamiento del flujo del agua en el suelo, para lo cual define la tensin capilar, y nota que en el suelo saturado debe ser cero. Ms tarde Richards (1931) llev a cabo mediciones precisas de la conductividad hidrulica mediante el diseo y utilizacin de tensimetros. Con ello verific experimentalmente la ley de flujos en medios porosos de Buckingham y deriv la ecuacin que es an comnmente aceptada para su clculo. Los avances conseguidos en la segunda mitad de nuestro siglo, que puede considerarse como la edad de oro de la Hidrologa, han sido y son muy grandes, tanto en el mbito terico como en el prctico, especialmente gracias a trabajos llevados a cabo despus de la Segunda Guerra Mundial con relacin a la prediccin y control de avenidas, irrigacin, calidad de agua, etc. Las bases de estos avances se hallan en parte en el desarrollo de instrumentos extraordinariamente sofisticados, tanto para la medicin como para el clculo, con los cuales ha sido posible, por un lado, la obtencin de muchos datos hidrolgicos en condiciones variables en el tiempo y en el espacio, y por el otro, el tratamiento mltiple de estos datos y la resolucin de ecuaciones matemticas complicadas.