Unidad I, Introduccin a la Hidrologa

La Hidrologa (del griego hydor-, agua) es la disciplina cientfica dedicada al estudio de las aguas de la Tierra, incluyendo su presencia, distribucin y circulacin a travs del ciclo hidrolgico, y las interacciones con los seres vivos. Tambin trata de las propiedades qumicas y fsicas del agua en todas sus fases.

El objetivo primario de la hidrologa es el estudio de las interrelaciones entre el agua y su ambiente. Ya que la hidrologa se interesa principalmente en el agua localizada cerca de la superficie del suelo, se interesa particularmente en aquellos componentes del ciclo hidrolgico que se presentan, precipitacin, evapotranspiracin, escorrenta y agua en el suelo. Los diferentes aspectos de estos fenmenos son estudiados en sus varias subdisciplinas. La hidrometeorologa, por ejemplo, se concentra en el agua localizada en la capa fronteriza inferior de la atmsfera, mientras que la hidrometra se encarga de las mediciones del agua superficial, especialmente precipitacin y flujo de las corrientes. La hidrografa involucra la descripcin y la confeccin de mapas de los grandes cuerpos de agua, tales como lagos, mares interiores y ocanos. Por el otro lado, la hidrologa del suelo se centra en el agua que se encuentra en la zona saturada debajo de la superficie del suelo, y en la fsica suelo-agua en la zona no saturada.

La hidrologa se nutre de disciplinas como la geologa, qumica, edafologa y fisiologa vegetal, empleando muchos de sus principios y mtodos. Los investigadores en el campo usan mucho (y cada vez ms) las simulaciones computarizadas de los sistemas hidrolgicos naturales y las tcnicas de deteccin remota, como, por ejemplo, el uso de satlites que orbitan el planeta equipados con cmaras infrarrojas para detectar cuerpos de aguas contaminadas o para seguir el flujo de manantiales termales.

La investigacin hidrolgica es importante para el desarrollo, gestin y control de los recursos de agua. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo el desarrollo de sistemas de irrigacin, control de inundaciones y erosin de suelos, eliminacin y tratamiento de aguas usadas, disminucin de la contaminacin, uso recreacional del agua, la conservacin de los peces y vida silvestre, la generacin hidrlica, y el diseo de estructuras hidrlicas.

Aguas SuperficialesLa mayora de las ciudades satisfacen sus necesidades de agua extrayndola del ro, lago o embalse ms prximo. Los hidrlogos recogen y analizan los datos necesarios para predecir cuanta agua se dispone de las fuentes locales y si ser suficiente para satisfacer las necesidades futuras proyectadas.

La gestin de los embalses puede ser muy compleja ya que, generalmente, tienen propsitos diversos. Los embalses aumentan la confiabilidad de los abastecimientos locales de agua. Los hidrlogos usan mapas topogrficos y fotografas areas para determinar hasta donde llegarn los niveles del embalse y as calcular las profundidades y la capacidad de almacenamiento. Este trabajo asegura que no ocurran inundaciones an a su capacidad mxima.

La decisin de cunta agua liberar y cuanto almacenar depende de la poca del ao, las predicciones de flujo para los prximos meses, y las necesidades de los regantes y las ciudades al igual que las de los usuarios aguas abajo que dependen del embalse. Si tambin se usa el embalse para recreaccin o para la generacin de energa hidroelctrica, hay que tener en cuenta sus requerimientos. Los hidrlogos reunen las informaciones necesarias y corren un modelo informtico con ellas para tratar de predecir los resultados bajo varias estrategias de operacin. En base a estos estudios, los administradores de los embalses pueden tomar las mejores decisiones.

Los posibles usos de las aguas superficiales (nadar, beber, industrial) a veces estn restringidos debido a la contaminacin; esta puede ser solamente un inconveniente visual, o tambin puede ser una amenaza invisible, aunque letal, para la salud de las personas, plantas y animales.

Los hidrlogos ayuden en la vigilancia de los abastecimientos de agua para asegurarse que alcancen ciertos niveles de calidad. Cuando se descubre contaminacin, los ingenieros ambientales trabajan con los hidrlogos para establecer el necesario programa de muestreo.

Aguas SubterrneasCon frecuencia, el agua subterrnea es ms barata, ms conveniente y menos vulnerable a la contaminacin que las aguas superficiales. Por lo tanto, estas aguas son comnmente usadas para el abastecimiento de agua; en algunas reas (regiones ridas), las aguas subterrneas pueden ser la nica opcin.

Los hidrlogos estiman el volumen de agua almacenada subterrneamente a travs de mediciones de los niveles de agua en los pozos locales y estudiando la geologa local. De esta manera, determinan la extensin, profundidad y espesor de los sedimentos y rocas con agua.

El agua subterrnea es menos visible que las aguas de los ros y lagos, pero es ms insidiosa y difcil de limpiar. La contaminacin de las aguas subterrneas resulta frecuentemente como resultado de una inadecuada eliminacin de los desechos sobre el suelo. Entre las principales fuentes se encuentran los productos qumicos industriales y del hogar, la basura en los rellenos sanitarios, las lagunas de desechos industriales, las colas y aguas usadas en las minas, los derrames de tanques de almacenamientos y tuberas, los lodos cloacales y sistemas spticos.

Importancia de la hidrologaEn la actualidad la hidrologa tiene un papel muy importante en el planeamiento del uso de los Recursos Hidrulicos, y ha llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniera que tienen que ver con suministro de agua, disposicin de aguas servidas, drenaje, proteccin contra la accin de ros y recreacin. De otro lado, la integracin de la hidrologa con la Geografa matemtica en especial a travs de los sistemas de informacin geogrfica ha conducido al uso imprescindible del computador en el procesamiento de informacin existente y en la simulacin de ocurrencia de eventos futuros.

Los estudios hidrolgicos son fundamentales para: El diseo de obras hidrulicas, para efectuar estos estudios se utilizan frecuentemente modelos matemticos que representan el comportamiento de toda la cuenca sustentada por la obra en examen; La operacin optimizada del uso de los recursos hdricos en un sistema complejo de obras hidrulicas, sobre todo si son de usos mltiples. En este caso se utilizan generalmente modelos matemticos conceptuales, y se procesan en tiempo real; El correcto conocimiento del comportamiento hidrolgico de como un ro, arroyo, o de un lago es fundamental para poder establecer las reas vulnerables a los eventos hidro meteorolgicos extremos; Prever un correcto diseo de infraestructura vial, como caminos, carreteras, ferrocarriles, etc.

Todo esto y muchas aplicaciones ms hacen que el hidrlogo sea un personaje importante en todo equipo multidisciplinar que enfrenta problemas de ingeniera civil en general y problemas de carcter ambiental.

Divisin de la hidrologaLa hidrologa puede catalogarse, de acuerdo con la forma de anlisis, y el uso que se dar de los resultados. Puede clasificarse, aun sabiendo de la limitacin de cualquier clasificacin en:

Hidrologa aplicada o ingeniera hidrolgica1. En la hidrologa cualitativa el nfasis est dado en la descripcin de los procesos. Por ejemplo en la determinacin de las formas y causas que provocan la formacin de un banco de arena en un ro, estudio asociado al transporte slido de los cursos de agua; o al anlisis de la ocurrencia de condensaciones en determinados puntos de una carretera, que afectan la visibilidad y por lo tanto pueden aconsejar a cambiar el trazado de la misma.2. La hidrologa hidromtrica, o hidrometra, se centra en la medicin de las variables hidrolgicas, se trata bsicamente de trabajos de campo, donde el uso adecuado de los instrumentos de medicin, la seleccin adecuada de los locales en los cuales las medidas son efectuadas y la correcta interpretacin de los resultados es fundamental para la calidad de la informacin recabada. Ayudando en su totalidad a poder calcular aspectos relacionados con cauces y las dependencias hidrolgicas.3. El nfasis de la hidrologa cuantitativa esta en el estudio de la distribucin temporal de los recursos hdricos en una determinada cuenca hidrogrfica. Los instrumentos ms utilizados en esta rama de la hidrologa son los instrumentos matemticos, modelos estadsticos y modelos conceptuales.4. Hidrologa en tiempo real, es la rama ms nueva de la hidrologa, y se populariza a partir de los aos 1960 - 70, con el auge de las redes telemtricas, donde sensores ubicados en varios puntos de una cuenca transmiten, en tiempo real los datos a una central operativa donde son analizados inmediatamente para utilizarlos en auxilio de la toma de decisiones de carcter operativo, como abrir o cerrar compuertas de una determinada obra hidrulica.

Ramas de la hidrologaLa Asociacin Internacional de Hidrologa Cientfica (IASH, por su sigla en ingls de International Association of Scientific Hydrology) propone la siguiente divisin de la hidrologa:

a) Oceanografa, estudio de los ocanos y mares.b) Meteorologa, estudio del agua en la atmsfera.c) Hidrologa superficial, Estudio de las aguas continentales, (en el lenguaje corriente a esta rama se le conoce frecuentemente como hidrologa, sin otra especificacin). La hidrologa superficial se divide a su vez en:a. Hidrologa agrcolab. Hidrologa forestalc. Hidrologa urbanad. Hidrologa de regiones ridas y semiridase. Hidrologa de zonas pantanosasf. Hidrologa de control de avenidas ocrecientesd) Hidrometeorologa, estudia los problemas comunes a los campos de la Meteorologa y la Hidrologa Superficial.e) Limnologa, estudio de los lagos.f) Potamologa, estudio de los ros.g) Geohidrologa, estudio de las aguas subterrneas.h) Criologa, estudio del agua slida (nieve y hielo).