Ciclo Hidrológico y Gestión del Agua: Conceptos Clave y Aplicaciones

1. Definición de Ciclo del Agua y Balance Hídrico

El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, es el proceso continuo de circulación del agua en la Tierra, que incluye la evaporación, condensación, precipitación, escorrentía y transpiración. Este ciclo es fundamental para la vida y los ecosistemas, ya que el agua se mueve y transforma constantemente, regresando siempre a su punto de partida.

El balance hídrico es una contabilidad de las entradas y salidas de agua en un sistema (como una cuenca hidrográfica) durante un período de tiempo determinado. Permite cuantificar las fracciones de la precipitación y determinar si existe un excedente o déficit de agua.

Expresión algebraica del balance hídrico:

P = ETR + Esc + ΔR

Donde:

• P: Precipitación
• ETR: Evapotranspiración real
• Esc: Escorrentía (superficial y subterránea)
• ΔR: Cambio en el almacenamiento (en el suelo, acuíferos, etc.)

2. Medición de la Precipitación

El pluviómetro más simple es un recipiente cilíndrico que recoge el agua de lluvia. La cantidad de precipitación se mide determinando la altura del agua acumulada en el cilindro, expresada en milímetros (mm). 1 mm de precipitación equivale a 1 litro de agua por metro cuadrado (l/m²).

3. Unidades de Precipitación

La precipitación se expresa comúnmente en litros por metro cuadrado (l/m²) o, equivalentemente, en milímetros (mm).

4. Evapotranspiración Real y Precipitación

La evapotranspiración real (ETR) puede superar la precipitación en un mes determinado. Esto ocurre cuando el déficit hídrico acumulado en meses anteriores es menor que la diferencia entre la precipitación (P) y la evapotranspiración potencial (ETP). En estas condiciones, la ETR puede extraer agua almacenada en el suelo, superando la precipitación del mes.

5. Lluvia Útil o Excedente Anual

La lluvia útil o excedente anual es la cantidad de agua disponible después de descontar las pérdidas por evapotranspiración de la precipitación total. Representa el agua que puede ser utilizada para recargar acuíferos, alimentar ríos y embalses, o para otros usos.

Lluvia útil = Precipitación (P) - Evapotranspiración real (ETR)

6. Capacidad de Campo del Suelo

La capacidad de campo es la cantidad máxima de agua que un suelo puede retener después de haber sido saturado y drenado libremente. Esta cantidad varía según el tipo de suelo y su porosidad. Los suelos arcillosos tienen una mayor capacidad de campo que los suelos arenosos, por ejemplo.

7. Recursos Hídricos Subterráneos y Reservas

Los recursos hídricos subterráneos se refieren al caudal de agua que entra (recarga) o sale (descarga) de un acuífero durante un período prolongado. Las reservas de agua subterránea, por otro lado, representan el volumen total de agua almacenada en un acuífero en un momento dado.

8. Estimación de la Evapotranspiración Potencial

La evapotranspiración potencial (ETP) se estima considerando factores como la temperatura y la cobertura vegetal. Otros factores importantes incluyen la radiación solar, la humedad del aire y la velocidad del viento.

9. Lisímetros y Medición de la Evapotranspiración

Un lisímetro es un dispositivo que se instala en el suelo para medir la evapotranspiración real (ETR). Consiste en un contenedor enterrado, relleno con el suelo y la vegetación del lugar. Se pueden regular parámetros como el tipo de suelo, la vegetación y el suministro de agua para estudiar su efecto en la ETR.

10. Ley de Darcy y Coeficiente de Permeabilidad

La Ley de Darcy describe el flujo de agua subterránea a través de un medio poroso. La constante de proporcionalidad en esta ley es el coeficiente de permeabilidad (K), que depende de las propiedades del fluido (viscosidad, densidad) y del medio poroso (tamaño y forma de los poros, interconexión). Se mide en unidades de velocidad (m/s).

11. Permeabilidad de Diferentes Rocas

Entre las rocas mencionadas, la caliza karstificada suele presentar la mayor permeabilidad debido a la disolución de la roca y la formación de conductos y cavernas. Las arcillas y margas, por otro lado, tienen permeabilidades muy bajas. Las areniscas, limos y conglomerados pueden tener permeabilidades variables dependiendo de su grado de cementación y compactación.

12. Porosidad y Porosidad Eficaz

La porosidad es la proporción de espacios vacíos (poros) en un material (roca o suelo), expresada como un porcentaje del volumen total. Es adimensional. La porosidad eficaz, en cambio, se refiere a la fracción de esos poros que están interconectados y permiten el flujo de agua. Es la porosidad que realmente importa para el movimiento del agua subterránea.

13. Acuíferos Libres y Confinados

Acuíferos libres: Son aquellos en los que la superficie superior del agua subterránea (nivel freático) está en contacto con la atmósfera a través de una zona no saturada permeable. La presión del agua en el nivel freático es igual a la presión atmosférica.

Acuíferos confinados: Son aquellos en los que el agua subterránea está confinada entre dos capas impermeables (acuitardos o acuicludos). El agua en un acuífero confinado está bajo una presión mayor que la atmosférica.

[Aquí se podrían incluir ilustraciones de acuíferos libres y confinados]

14. Manantiales

Un manantial es una descarga natural de agua subterránea que emerge a la superficie. Se produce cuando el nivel freático intersecta la superficie topográfica, o cuando el agua subterránea encuentra una vía de escape a través de fracturas o fallas en rocas impermeables.

[Aquí se podrían incluir ilustraciones de diferentes tipos de manantiales]

15. Transmisividad

La transmisividad (T) es una medida de la capacidad de un acuífero para transmitir agua. Se define como el volumen de agua que fluye horizontalmente a través de una franja vertical de acuífero de ancho unitario, bajo un gradiente hidráulico unitario. Se mide en unidades de área por tiempo (m²/s). Los acuíferos con mayor transmisividad son más adecuados para la extracción de agua.