Comprensión del ciclo hidrológico: edición internacional

Introducción al ciclo hidrológico

El objetivo de esta lección es ayudarle a desarrollar un cierto grado de comprensión de los elementos del ciclo hidrológico con el fin de utilizar las herramientas y fuentes de datos de forma más eficaz a la hora de preparar sus pronósticos.

En esta sección aprenderá a:

  • definir los aspectos más importantes de la hidrología y del ciclo hidrológico;
  • nombrar los componentes del ciclo hidrológico;
  • describir el concepto básico del balance hídrico en hidrología.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • ¿Qué es la hidrología?
  • ¿Qué es el ciclo hidrológico?
  • El balance hídrico en hidrología
  • Resumen del ciclo hidrológico
  • Pregunta de repaso

¿Qué es la hidrología?

La hidrología es el estudio científico de las aguas de la Tierra. La hidrología examina las propiedades del agua, así como su presencia, ocurrencia, distribución y movimiento sobre el planeta.

Lluvia en un charco

¿Qué es el ciclo hidrológico?

El ciclo hidrológico se conoce también como ciclo del agua. Este ciclo describe el movimiento vertical y horizontal del agua en estado gaseoso (vapor), líquido o sólido entre la superficie, el subsuelo, la atmósfera y los océanos terrestres.

Representación conceptual animada de los componentes del ciclo hidrológico.  Muestra una cuenca montañosa que vierte sus aguas al océano  Están rotulados los siguientes elementos: evaporación, transpiración, condensación, precipitación, fusión de hielo y nieve, escorrentía superficial hacia áreas de almacenamiento de agua dulce tales como lagos y curso de agua.  También se muestra la infiltración por el suelo a acuíferos y manantiales.  Finalmente, el flujo fluvial y el agua subterránea terminan en el océano.

Enfoque en el balance hídrico en hidrología



Balance hídrico
Caudal entrante (E) – caudal saliente (S) = ±cambio en almacenamiento (A)
es decir:
E – S = ±ΔA
(que también se conoce como ecuación de continuidad o de balance hidrológico/conservación de masa.)

Un enfoque en el balance hídrico nos permite calcular la cantidad de agua en un lugar en particular en términos generales. El volumen de agua en cualquier punto de un sistema hidrológico se puede concebir simplemente en términos de la diferencia entre el caudal que entra y el caudal que sale del sistema y del cambio que se produce en el almacenamien to. En otras palabras, el caudal entrante menos el caudal saliente equivale a un cambio en almacenamiento.

En hidrología, este concepto se denomina también «ecuación de continuidad» o «conservación de masa». En hidrología se utilizan también otras fórmulas más complejas para representar los procesos físicos tales como la velocidad estimada del agua y el movimiento del agua a través de una red de canales fluviales o a través del suelo.

Resumen del ciclo hidrológico

La hidrología es el estudio de las aguas de la Tierra. Examina las propiedades del agua, así como su presencia, ocurrencia, distribución y movimiento sobre el planeta. El concepto de balance hídrico toma en cuenta el caudal entrante, el caudal saliente y la cantidad de agua en almacenamiento para calcular la cantidad de agua y su movimiento en la cuenca hidrográfica.

Animación conceptual del ciclo hidrológico en una cuenca montañosa cuyas aguas vierten en el océano.  Las flechas apuntan desde el océano hacia las nubes en el cielo sobre tierra firme y las montañas. Cae precipitación sobre las montañas y las flechas muestran el movimiento de la escorrentía a través de los cursos fluviales, los lagos y las distintas capas del suelo.

Pregunta de repaso

Pregunta

La cantidad de agua en un lugar particular en un momento dado se puede calcular en términos generales como ______.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es d)

el balance entre el agua que fluye hacia un lugar y el agua que fluye desde ese lugar.

Escoja una opción.

Distribución

El agua del ciclo hidrológico está distribuida en distintos estados. Para comprender la naturaleza del agua, es preciso considerar no solo cómo y dónde se halla distribuida, sino también su movimiento entre las distintas formas en que se encuentra almacenada.

Parte del glaciar Hubbard termina en el océano

En esta sección aprenderá a:

  • reconocer las cuatro formas principales en que el agua se almacena y se distribuye en el ciclo hidrológico;
  • describir las características más importantes del agua oceánica;
  • describir las características más importantes del agua almacenada en forma de nieve y hielo;
  • definir las características más importantes del agua de superficie;
  • describir el agua subterránea o freática y definir sus componentes principales.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • Océanos
  • Nieve y hielo
  • Agua superficial
  • Agua subterránea
  • Pregunta de repaso

Océanos

Los océanos almacenan más del 97 por ciento del agua de la Tierra en forma de agua salada que, a diferencia del agua dulce, suele contener cerca de 35 gramos por litro de sólidos disueltos, principalmente cloruro de sodio. El agua dulce, que suele contener menos de 1 gramo de sólidos disueltos por litro, forma los ríos y la mayoría de los lagos de nuestro planeta.

Olas oceánicas que rompen sobre una costa rocosa en Tasmania.

La cantidad de sólidos disueltos determina el uso que se hace del agua dentro de los distintos ecosistemas y afecta ciertas propiedades físicas del agua.

El lugar donde un río se encuentra con o el mar o el océano se conoce como estuario y constituye un tipo de ecosistema muy importante. Aquí, donde el agua dulce y salada se mezclan, vemos también los efectos de las mareas. Las sequías y las inundaciones pueden afectar a los estuarios y tienen consecuencias ambientales y económicas importantes.

Estuario cerca de Yarmouth, Nueva Escocia, Canadá

Datos sobre el agua: ¿Qué es el agua dulce?

Aunque clasificamos el agua dulce en términos de un contenido de sólidos disueltos de un gramo por litro, un nivel de medio gramo por litro o más se considera indeseable para el agua potable y muchos usos industriales. Gracias a los 35 gramos de sólidos disueltos por litro que contiene, el agua de mar es un 3 por ciento más densa que el agua dulce. Nota: aparte de ser potable, el agua dulce tiene una multitud de otros usos (como irrigación y manufactura, para dar tan solo dos ejemplos evidentes).

Imagen de un grifo que llena un vaso de agua

Nieve y hielo

Los casquetes polares y los glaciares contienen un poco más del 2 por ciento del agua de la Tierra. La nieve acumulada en las montañas es una fuente importante de agua, especialmente en las regiones áridas y semiáridas. En ciertas zonas, la nieve representa una porción considerable de la precipitación anual.

Manto nivoso en los picos de la península de Kenai, Alaska (EE.UU.).

Predecir la escorrentía producida por el deshielo es un proceso complejo que implica estimar los cambios en el equivalente en agua de la capa de nieve acumulada con el tiempo. Es también importante considerar los balances energéticos y las propiedades de la superficie del suelo.

Mapa en color del equivalente en agua de la nieve en Canadá, 15 marzo de 2010

Agua superficial

El almacenamiento y la distribución del agua de superficie ocurren en lagos, lagunas, ríos y arroyos, y estos fenómenos representan menos del 0,01 por ciento del agua de la Tierra.

Río en Tanzania durante la estación húmeda

El volumen de agua presente en un lago en cualquier momento dado depende de la cantidad de agua que entra y sale del mismo. El agua puede salir de un lagos por cualquier vía que permita el flujo descendente, o bien por evaporación, transpiración de las plantas, filtración en el suelo, eliminación por medios artificiales o cualquier combinación de estos procesos.

Datos sobre el agua: ¿Cuál es el cuerpo de agua dulce más grande del mundo?

Se calcula que el Lago Baikal (Rusia) contiene cerca del 20 por ciento del agua dulce disponible en la superficie terrestre. Este lago, cuya formación data de hace 25 a 30 millones de años, es el más antiguo del mundo, mide 636 km de largo por 80 km de ancho, tiene 2100 km de costa y alcanza una profundidad máxima de 1637 metros. Su cuenca comprende tres depresiones debajo del agua con una capacidad total de 23 600 km³.

Vista satelital de lago Baikal (Rusia), 12 de mayo de 2002.

Agua subterránea

Típicamente, el agua subterránea se encuentra en el acuífero, una región de roca no consolidada y partículas de suelo debajo de la superficie terrestre. Esta región es capaz de transmitir y almacenar agua para su extracción. Menos del 1 por ciento de toda el agua disponible en la Tierra se encuentra almacenada como agua subterránea o humedad en el suelo.

Esta figura muestra varios términos que describen el sistema de agua subterránea. Cubriremos estas características más en detalle en la sección «Agua subterránea» de esta lección.

Componentes del agua subterránea (freática) divididos por color según la zona de aereación (pardo) y la zona de saturación (azul transparente).  La zona de aereación incluye arroyo, manantial, acuicludo, capa freática colgada y el tubo de un pozo.  La zona de saturación incluye caudal o flujo base, nivel freático, acuífero y fondo del pozo.

El agua de los manantiales proviene casi exclusivamente de fuentes de agua subterránea. Si se retira una cantidad suficiente de agua subterránea del lugar donde se encuentra almacenada y el nivel freático local baja, el caudal base que abastece de agua a los arroyos en las épocas de escasa lluvia y humedad se reduce, y es posible que los manantiales se sequen.

Pregunta de repaso

Pregunta

Indique qué porcentaje de la cantidad total de agua en la Tierra corresponde a cada lugar de almacenamiento de agua.
(Escoja la mejor respuesta de la lista desplegable. Cada opción se utiliza solo una vez.)

a) Superficie
b) Océanos
c) Agua subterránea
e) Hielo y nieve
Escoja una opción.

Agua atmosférica

El agua atmosférica es producto del transporte y la distribución del vapor de agua por los procesos de transpiración, evaporación y sublimación. En muchas regiones de la Tierra, la precipitación es el único mecanismo que transporta agua dulce hasta la zona.

Virga que cae de una nube

En esta sección aprenderá a:

  • identificar los procesos más importantes del agua atmosférica;
  • describir la importancia de la condensación y la precipitación e identificar los métodos y herramientas más importantes para su medición;
  • definir la evaporación y los métodos y las herramientas más importantes para su medición; describir los problemas que complican el proceso de medición;
  • definir la transpiración y describir su papel en el proceso de lluvia y escorrentía;
  • describir las distintas tasas de transpiración para diferentes tipos de vegetación superficial.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • Condensación y precipitación
  • Evaporación
  • Transpiración
  • Sublimación
  • Preguntas de repaso

Condensación y precipitación

La condensación es el cambio de fase que se produce cuando el agua en estado gaseoso (en forma de vapor) pasa al estado líquido. Este proceso, que libera energía en forma de calor latente, es necesario para crear precipitación. En la mayor parte de la Tierra, la precipitación es el factor principal que controla el ciclo hidrológico local.

Detalle de la representación conceptual del ciclo hidrológico que destaca la condensación y precipitación

El tipo de precipitación (por ejemplo, lluvia, nieve o granizo), la estación en que se produce y el área de distribución son factores que se deben considerar al estudiar la hidrología de una región.

Tradicionalmente, la precipitación se ha medido mediante el pluviómetro. Una desventaja de este método es que las mediciones pluviométricas corresponden a un punto discreto. Incluso con una red de pluviómetros, siempre existirán áreas para las cuales no se cuenta con datos. Además, algunos pluviómetros solo se leen una vez al día, lo cual no permite evaluar la intensidad de las tormentas. Finalmente, los pluviómetros son susceptibles de fallos mecánicos y eléctricos. A la hora de estimar la precipitación pluvial media de una cuenca, es preciso estar conscientes de todos estos problemas.

Precipitación derivada por radar y ubicación de pluviómetros de medición horaria en el Condado de Clark, Nevada (zona de Las Vegas) para el 19 de agosto de 2003.

Existen varios métodos para determinar las cantidades de precipitación en el área de una cuenca hidrológica específica. Uno de los más sencillos consiste en promediar todas las cantidades medidas por la red pluviométrica durante un período en particular. Una alternativa es el uso de polígonos de Thiessen para ponderar por área la cantidad medida por cada pluviómetro. Los polígonos de Thiessen se definen creando áreas con límites equidistantes de cada pluviómetro. Es también posible usar isoyetas, o líneas de igual precipitación, para estimar la lluvia con una red pluviométrica.

Métodos de análisis de redes pluviométricas: relación de puntos de datos de redes pluviométricas; polígonos de Thiessen; isohietas

Hay otros métodos posibles para estimar la lluvia, como, por ejemplo, el uso de las observaciones de radar y satélite. La ventaja del radar es su capacidad de generar cálculos estimados de alta resolución mediante la detección directa de la precipitación, mientras que los satélites proporcionan cálculos estimados de medición indirecta al menos varias veces al día.

A veces, las mediciones por radar también presentan problemas y en ciertos casos puede ser útil colaborar con un hidrólogo, como, por ejemplo, cuando la topografía bloquea el haz de radar (apantallamiento). Además, hay que tener en cuenta que el haz de radar no mide la precipitación a nivel del suelo, sino mide los hidrometeoros presentes a lo largo de una trayectoria inclinada aproximadamente 0,5 grados respecto del horizonte.

Imagen de radar de convección sobre las región noroccidental de Australia el 16 de enero de 2006

Encontrará más información sobre el funcionamiento de los sistemas de radar y una lista de grandes redes de radar en la sección «Recursos adicionales», al final de la lección.

Los satélites geoestacionarios (como el GOES) y polares (POES) permiten hacer estimaciones de la lluvia, algo particularmente útil para las zonas desprovistas de redes de radares o pluviómetros. Para obtener información detallada acerca de las estimaciones satelitales de la lluvia, consulte la sección «Recursos adicionales» al final de la lección.

Producto de la técnica experimental "hidroestimador" de NOAA/NESDIS para América del Sur.  Precipitación de 24 horas hasta las 1200 UTC del 20 de marzo de 2010.

El objetivo final de todos estos métodos es producir una estimación de la cantidad de precipitación que ha caído en determinada región. Si se utilizan pluviómetros registradores o radar, también se puede determinar la intensidad de las tormentas. La velocidad o intensidad de la lluvia es un dato útil que permite llegar a una mejor estimación de la escorrentía superficial.

Evaporación

La evaporación es el paso del agua del estado líquido al estado gaseoso, es decir, lo opuesto de la condensación. El agua líquida puede evaporar siempre que esté en contacto con la atmósfera. En las regiones áridas, pueden evaporar hasta 2000 mm al año de una superficie de agua.

Lago seco en la región central de las Montañas Rocosas durante la sequía del verano de 2002

Existen varias maneras de medir la evaporación, todas las cuales sufren algún tipo de limitación. Uno de los métodos más sencillos es el uso del evaporímetro o tanque de evaporación. El descenso del nivel del agua a lo largo del día indica la evaporación que ocurre en una superficie de agua.

Tanque de evaporación de Clase A del Servicio Nacional de Meteorología de EE.UU.

A fondo: la paradoja de la evaporación

La paradoja de la evaporación es producto del conflicto entre los resultados esperados y las observaciones reales. Los estudios indican que en los últimos 50 años la temperatura media de la superficie de la Tierra ha aumentado alrededor de 0,15 °C cada década. Sin embargo, durante el mismo período entre 1950 y 1990, los datos registrados en Estados Unidos y la antigua Unión Soviética muestran una reducción en los valores de evaporación. Si el aire cerca de la superficie terrestre es más cálido y seco, la tasa de evaporación debería haber aumentado, pero esto no ha sucedido. Este resultado inesperado es la paradoja de la evaporación.

Se están llevando a cabo estudios adicionales diseñados para examinar los rangos de temperatura diurna y la insolación para ver cómo estos factores afectan a la evaporación en un régimen climático generalmente más cálido.

Lisímetro de pesada, lisímetro de drenaje con succión y lisímetro de drenaje sin succión.

La evaporación se puede medir con un aparato llamado lisímetro. Estos aparatos se colocan en el suelo para recolectar el agua que contiene y medir el cambio de masa provocado por la pérdida del agua en un volumen de tierra dado. La masa del agua en el suelo cambia a medida que el agua evapora.

A fondo: tipos de lisímetros

Existen varios tipos de lisímetros, como los de pesada, los de drenaje sin succión y los de drenaje con succión. Los lisímetros de pesada mide los cambios de peso que se producen en determinado volumen de tierra. Los lisímetros de drenaje sin succión recolectan el agua del suelo que se filtra naturalmente hacia abajo por los suelos, es decir, el agua que se mueve por efecto de la gravedad. Los de drenaje con succión extraen el agua del suelo despacio a través de un material poroso.

El diseño de los lisímetros de drenaje sin succión permite capturar el agua del suelo que de otra forma pasaría a ser agua subterránea o llegaría a los horizontes inferiores del suelo. En contraste, los lisímetros de drenaje con succión han sido diseñados para capturar el agua del suelo que absorberían las raíces de las plantas.

Ilustración del déficit de presión de vapor. Esta ilustración nos permite apreciar que cuando la humedad relativa es alta y el déficit de presión de vapor es bajo, una mayor cantidad de las moléculas de vapor regresa a la superficie del agua en el recipiente, mientras que si la humedad relativa es baja y el déficit de presión de vapor es alto, un mayor número de moléculas de vapor abandona la superficie del agua definitivamente.

Finalmente, la evaporación se puede estimar a partir de mediciones meteorológicas. La evaporación se ve afectada por varias características físicas, como la temperatura del aire, la temperatura del agua, el movimiento del aire sobre la superficie del agua y el déficit de presión de vapor.

El déficit de presión de vapor es una indicación de la «aridez» del aire o de la cantidad de vapor de agua que se requiere para llevar el aire hasta el punto de saturación. Tiende a producirse un déficit de presión de vapor alto cuando la humedad relativa es baja. El resultado es un mayor potencial de evaporación, porque la presión del vapor que empuja hacia arriba desde las superficies húmedas excede la presión hacia abajo desde la atmósfera. A la inversa, se produce un déficit de presión de vapor bajo cuando la humedad relativa es alta. Esto provoca un potencial de evaporación menor, porque la presión de vapor que empuja hacia abajo desde la atmósfera es casi igual a la presión hacia arriba desde las superficies húmedas.

Transpiración

La transpiración es el proceso por el cual la humedad que las plantas extraen del suelo mediante el sistema radicular eventualmente se evapora. A menudo, el efecto combinado de la evaporación y la transpiración se denomina evapotranspiración (ET) y, por lo general, constituye el componente de pérdida más importante del sistema de agua del suelo.

Movimiento del agua en una planta durante el proceso de transpiración. La figura muestra la absorción de agua por los pelos radicales, la presión en las raíces, la acción capilar y, finalmente, la pérdida de agua por transpiración, a través de las hojas.

El tipo de vegetación, la densidad del dosel y la cobertura vegetal son factores que influyen directamente en la cantidad de agua del suelo que se elimina de la cuenca hidrológica por transpiración. Las características específicas de las plantas, como los tipos de raíces y su profundidad, la cantidad de agua que entra y sale por sus hojas y la cantidad de luz reflejada por la superficie de la planta son factores importantes.

Sabana en Kenya

Las plantas tales como los pastos o hierbas, los matorrales y algunas plantas de cultivo tienen períodos de crecimiento más cortos y, por tanto, períodos de transpiración más breves que la vegetación de los bosques.

Selva tropical en el Parque Taman Negara, Malasia

En los bosques, los árboles caducifolios suelen transpirar durante un período menor que las coníferas. En comparación con las demás plantas, las tasas de transpiración de los árboles suelen ser entre las más altas. Por ejemplo, la utilización diaria máxima de agua de un pino de Monterrey maduro alcanza los 350 kg al día, mientras que la del eucalipto rosado solo alcanza los 140 kg de agua al día. Las condiciones climáticas, la edad de la planta, la superficie y el tipo de hojas son todos factores que influyen en la transpiración de la planta.

Bosque de piceas, Oregón (EE.UU.), julio de 2003.

Sublimación

Panorama de montaña cerca de Saints John Creek, Colorado (EE.UU.)

La sublimación es la conversión directa de la nieve y el hielo en vapor de agua atmosférico. Este proceso puede reducir el contenido de agua de la capa de nieve acumulada sin que se derrita.

La sublimación provoca un enfriamiento considerable de la nieve acumulada. El proceso de sublimación requiere una energía equivalente a 680 calorías por gramo de hielo, mientras que el proceso de fusión solo requiere 80 calorías por gramo. En otras palabras, la energía empleada para la sublimación de un gramo de nieve acumulada equivale a la cantidad de energía necesaria para derretir 8,5 gramos de nieve acumulada.

La sublimación se intensifica en condiciones de viento y baja humedad. Con las condiciones apropiadas, algunas regiones pueden perder grandes porcentajes de la nieve acumulada. No obstante, en ausencia de estas condiciones meteorológicas la nieve acumulada que se pierde por sublimación es muy poca.

Preguntas de repaso

Pregunta 1 de 2

¿Cuál es el método general por el cual el agua líquida se transforma en vapor de agua atmosférico?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es c) evaporación

Escoja una opción.

Pregunta 2 de 2

La transpiración de las plantas puede verse afectada por varios factores. ¿Cuál de los siguientes no es un factor determinante de la tasa de transpiración?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es c) área de drenaje

Escoja una opción.

Agua superficial

El agua superficial o de superficie representa la parte del ciclo del agua en que el agua en estado líquido fluye sobre la superficie terrestre. Siempre que el agua se halle en la superficie, se puede clasificar como agua superficial. Por ejemplo, cuando la lluvia cae al suelo y comienza a correr, pasa de ser precipitación a ser agua de superficie. Cuando el agua subterránea brota a la superficie, como es el caso, por ejemplo, de los manantiales en la sierras, se denomina agua superficial.

El agua superficial comprende todos los ríos, arroyos, lagos y embalses, y toda el agua que se halla en la superficie de la Tierra.

Lluvia en un charco

En esta sección aprenderá a:

  • definir los procesos más importantes asociados con el agua superficial: infiltración, humedad del suelo, escorrentía;
  • identificar los factores que influyen en la infiltración;
  • describir los elementos que componen el suelo;
  • describir las posibles condiciones del suelo y cómo influyen en la infiltración;
  • definir la escorrentía y describir el uso del hidrograma para medirla;
  • describir los elementos de la escorrentía.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • Infiltración
  • Composición del suelo
  • Humedad del suelo
  • Tipos de suelos
  • Escorrentía
  • Preguntas de repaso

Infiltración

La infiltración se define como el movimiento del agua que atraviesa la superficie y penetra el perfil del suelo. El proceso de infiltración recarga los suministros de agua subterránea y pone agua a disposición de la vegetación.

Imagen capturada de una animación en la cual se compara la lluvia que cae sobre dos tipos de suelo, uno de marga arenosa y otro de marga arcillosa. Las gotas de lluvia azules caen de manera uniforme sobre ambos tipos de suelo y comienzan a penetrar su superficie. La lluvia penetra la marga arenosa hasta mayor profundidad, pero dentro de un canal vertical relativamente angosto. La lluvia penetra la marga arcillosa en un patrón menos profundo y más amplio en sentido horizontal.

Aunque a menudo los términos infiltración y percolación se usan como si fueran sinónimos, las percolación es específicamente el movimiento del agua dentro del suelo, mientras la infiltración es la penetración del agua en la superficie del suelo.

La tasa o velocidad de infiltración es la cantidad de agua que penetra el suelo en un determinado período. La tasa de infiltración se ve afectada directamente por factores tales como la textura, la cobertura, el contenido de humedad y la temperatura del suelo, así como por el tipo de precipitación y la intensidad de la lluvia.

La capacidad de infiltración, que abarca la infiltración en la superficie y la percolación, se expresa a menudo en términos de profundidad de agua por unidad de tiempo, normalmente en milímetros o centímetros por hora. Cuando la tasa de precipitación excede la capacidad de infiltración, se produce escorrentía superficial.

Composición del suelo

Composición media del suelo. Entre el 20 y el 30 % es aire y otro 20 a 30 % es agua. Estos dos componentes crean el espacio poroso. Aproximadamente el 45 % del suelo se compone de minerales, y el resto, un 5 %, es materia orgánica.

El suelo se compone de partículas minerales, materia orgánica y espacio poroso, que es el espacio vacío entre la partículas del suelo. Las partículas minerales constituyen aproximadamente de 45 por ciento del volumen. Los poros suelen ocupar entre el 40 y el 60 por ciento del volumen, según la textura del suelo. Los poros pueden estar llenos de agua o de aire, y esto varía con el tiempo.

La medida en que los espacios porosos están llenos de agua determina las condiciones de humedad del suelo.

Humedad del suelo

Si los espacios porosos están completamente llenos y el agua drena libremente del suelo por efecto de la gravedad como agua «de gravedad» o «gravitacional», decimos que el suelo está saturado. A medida que el agua drena del suelo, algunos poros se llenan de aire y vapor de agua. Cuando el agua ya no drena de los poros por gravedad, queda sujeta al sitio que ocupa por acción de su propia tensión capilar. Aunque algunos de los poros se han drenado, la mayoría aún contienen agua. Llegado a este punto, el suelo ha alcanzado la capacidad de campo.

Condiciones generales de humedad del suelo.

A medida que el proceso de evapotranspiración elimina el agua del suelo, una mayor parte del espacio poroso quedará sin agua. Este proceso continúa hasta que solo quede el agua más apretada a las partículas del suelo. En determinado momento, se alcanza el punto en que la tensión del agua contra las partículas del suelo es tal que las raíces de las plantas no la pueden usar. Este es el «punto de marchitamiento».

La cantidad de lluvia que puede infiltrar un volumen de suelo dado viene determinada por el espacio vacío que está disponible en el suelo.

Animación de una lluvia uniforme que cae sobre dos volúmenes de suelo.  El primer volumen de suelo está casi saturado de agua, evidente por el color azul que llena el espacio poroso entre las partículas de suelo en la animación.  Conforme llueve, el agua comienza a acumularse rápidamente, ya que no puede infiltrarse en el suelo.  El otro volumen de suelo casi ha alcanzado el punto de marchitamiento, ilustrado por el hecho de que la mayor parte del espacio poroso dentro del suelo contiene aire.  Conforme llueve, el agua penetra rápidamente en el suelo y el espacio entre los poros se vuelve azul rápidamente.

Por ejemplo, menos lluvia infiltrará un determinado volumen de suelo cuyo nivel de humedad se halla a capacidad de campo que un volumen de suelo igual que ha alcanzado el punto de marchitamiento. Por lo tanto, es muy importante conocer las condiciones de humedad del suelo a la hora de tratar de modelar la escorrentía de una tormenta.

Tipos de suelos

La textura del suelo determina la cantidad de agua que puede contener bajo distintas condiciones de humedad. Los suelos arcillosos se componen de partículas minerales y poros muy pequeños. Debido a que las partículas minerales de los suelos arenosos son más grandes, estos también tienen un espacio poroso más grande. Aunque parece contrario a la intuición, en realidad los espacio porosos más pequeños de un suelo arcilloso contienen más espacio en total que un volumen equivalente de suelo arenoso.

Comparación de la porosidad de los suelos arenosos y arcillosos.

Esto significa que la arcilla a capacidad de campo contiene un porcentaje de agua mayor que los suelos de otras texturas. Los suelos arenosos, por otra parte, tienen partículas minerales y espacios porosos más grandes, pero un porcentaje de porosidad y un correspondiente porcentaje de humedad menor a capacidad de campo y en el punto de marchitamiento, en comparación con la arcilla. Los suelos de textura arenosa se saturan con un porcentaje de humedad de suelo mucho menor.

Gráfica de las condiciones de humedad para suelos de diferentes texturas.

El movimiento del agua a través del suelo también se ve afectado por su textura. Una vez que el agua penetra el suelo, percola hacia abajo. Los suelos de textura arenosa permiten un movimiento del agua mucho más rápido que los suelos de textura arcillosa. Por lo tanto, después de un evento de precipitación un suelo de textura arcillosa estará en condiciones más húmedas durante un período más largo que un suelo arenoso.

Imagen capturada de una animación en la cual se compara la lluvia que cae sobre dos tipos de suelo, uno de marga arenosa y otro de marga arcillosa. Las gotas de lluvia azules caen de manera uniforme sobre ambos tipos de suelo y comienzan a penetrar su superficie. La lluvia penetra la marga arenosa hasta mayor profundidad, pero dentro de un canal vertical relativamente angosto. La lluvia penetra la marga arcillosa en un patrón menos profundo y más amplio en sentido horizontal.

Escorrentía

En términos sencillos, la escorrentía (o escurrimiento) es aquella porción de la lluvia que no llega a infiltrarse en el suelo. En zonas pavimentadas, la escorrentía esperada equivale a la cantidad de lluvia que precipita menos la cantidad evaporada y cualquier pequeña cantidad almacenada en la superficie.

Carretera bajo la lluvia

A medida que el suelo se satura, la capacidad de infiltración se reduce. Si pudiéramos comparar dos tormentas idénticas, la cantidad de escorrentía directa (que a veces se denomina "escorrentía de tormenta") variaría según las condiciones de humedad del suelo.

A veces, la capacidad de infiltración se ve reducida debido a una tormenta anterior. El agua infiltrada durante una tormenta aumenta la humedad actual del suelo. Esto significa que el suelo no es capaz de absorber la misma cantidad de agua que antes. El resultado es una tasa de infiltración reducida y una escorrentía superficial mayor con la segunda tormenta.

Gráfica de la tasa de infiltración y la intensidad de la lluvia con el tiempo.

El hidrograma es una gráfica del caudal de un río. La forma del hidrograma depende de las características de la tormenta y de la cuenca hidrológica. Los factores atribuibles a las tormentas son la cantidad, duración, intensidad y extensión del área cubierta por la precipitación. Algunos factores relacionados con la cuenca hidrológica son el tamaño y la forma de la cuenca, la pendiente general de la cuenca, la topografía, el tipo de suelo, la vegetación, la red de canales y el patrón de drenaje, el uso del suelo y la condiciones de humedad del suelo en el momento en que se produce la tormenta.

Ejemplo de hidrograma. El eje de las abscisas corresponde al tiempo y el de las ordenadas al flujo o caudal.

Un aspecto de suma importancia es cómo determinar exactamente qué está comprendido en el concepto de escorrentía. Un componente es el agua cuyo flujo en la superficie se puede observar claramente. Pero a medida que el agua se infiltra, una parte comienza a fluir justo debajo de la superficie. Esta parte se denomina interflujo o flujo subsuperficial. La parte de la lluvia que penetra las capas inferiores pasa a formar parte del agua freática o subterránea. El flujo del agua subterránea hacia los arroyos o ríos se denomina caudal base. El caudal base mantiene el caudal de los ríos (flujo fluvial), en períodos sin tormentas.

Representación conceptual de los componentes de la escorrentía: evaporación, precipitación, transpiración, infiltración, percolación, interflujo, flujo terrestre, almacenamiento en depresiones tales como lagos, flujo fluvial, agua subterránea y caudal base

El caudal aumenta en la rama ascendente del hidrograma. Tras el caudal máximo, se produce la rama descendente, o curva de recesión. La recesión continúa hasta que pase otra tormenta o que el nivel alcance otra vez un valor cercano al caudal anterior a la tormenta. Debido a la tormenta, el componente de caudal base puede aumentar ligeramente.

Ejemplo de hidrograma para una pequeña cuenca en una región de montaña

Preguntas de repaso

Agua subterránea

El agua subterránea es una parte importante del ciclo hidrológico y una fuente esencial de agua en muchas regiones del mundo. Como se encuentra debajo del suelo, no está sujeta a las mismas tasas de evaporación que los lagos de superficie.

Componentes del agua subterránea (freática) divididos por color según la zona de aereación (pardo) y la zona de saturación (azul transparente).  La zona de aereación incluye arroyo, manantial, acuicludo, capa freática colgada y el tubo de un pozo.  La zona de saturación incluye caudal o flujo base, nivel freático, acuífero y fondo del pozo.

En esta sección aprenderá a:

  • describir la importancia del agua subterránea en el ciclo hidrológico;
  • describir las características de distintos tipos de acuíferos;
  • definir el proceso de recarga;
  • describir los métodos de recarga natural y artificial;
  • definir la extracción y describir sus efectos en el nivel freático.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • Características de los acuíferos
  • Rendimiento hídrico y flujo del agua
  • Recarga
  • Extracción
  • Preguntas de repaso

Características de los acuíferos

Un acuífero es un volumen subterráneo de roca y arena que contiene agua. El agua subterránea que se halla almacenada en los acuíferos es un componente importante del ciclo hidrológico. Se han realizado estudios a raíz de los cuales se calcula que aproximadamente el 30 por ciento del caudal de superficie proviene de alguna fuente de agua subterránea. A nivel mundial, cerca de la mitad de la población depende del agua subterránea como fuente de agua potable.

Representación conceptual de la ubicación del agua subterránea, el nivel freático y el agua de superficie. La zona vadosa se compone del agua del suelo y la zona capilar. La región del acuífero o napa freática comprende un acuífero superior no confinado que está saturado, un acuicludo, que impide el movimiento, y un acuífero inferior confinado, también saturado.

Los acuíferos se componen de materiales tales como agua, suelo, espacio vacío dentro del suelo y materiales del subsuelo, debajo de la superficie terrestre. El agua que queda almacenada en el espacio vacío se clasifica en dos tipos generales: En los acuíferos libres o no confinados el agua subterránea está en contacto con la atmósfera a través de los poros del suelo que los cubren. La capa superior del agua subterránea se denomina nivel freático (o napa freática). En los acuíferos confinados, el agua subterránea está encerrada por una capa no porosa o muy poco porosa denominada acuicludo y no entra en contacto con la atmósfera.

Siempre que la superficie del suelo esté por debajo del nivel freático, pueden formarse zonas con agua superficial permanente, como lagos, lagunas y ríos.

"Aproximadamente en enero de 1994. Isla East Timbalier, Parroquia de Lafourche, Luisiana, EE.UU. Pequeño lago en una marisma natural en East Timbalier.

La profundidad del nivel freático se puede representar en un mapa. Estos mapas muestran la variabilidad de la distribución del agua subterránea en una cuenca hidrográfica.

Este mapa del nivel freático del Condado de Cochise, en Arizona, muestra un nivel freático muy variado que oscila entre el nivel de superficie y profundidades en exceso de 240 metros.

Mapa de aguas subterráneas para la cuenca del Río San Pedro superior, Condado de Cochise, Arizona, EE.UU.

Rendimiento hídrico y flujo del agua

Cuando baja el nivel freático, el material del acuífero produce cierto porcentaje de agua. Un coeficiente de almacenamiento de 0,15 indica que el 15 por ciento del volumen total del material del acuífero se compone de agua que puede drenar libremente por gravedad. El volumen restante (en este ejemplo, el 85 por ciento) se compone de agua que no drena por gravedad y material de suelo, como roca, arena, grava o arcilla. Esto significa que cuando el nivel freático de una zona baja a razón de 10 unidades, no produce 10 unidades de profundidad de agua, sino que produce el 15 % de esas 10 unidades, es decir 1,5 unidades de profundidad de agua.

Ampliación de un volumen de material de acuífero saturado de cuyo fondo se desprenden gotas. Las gotas que caen se recogen en un recipiente de volumen menor que mide 1,5 unidades de alto, es decir 0,15 la altura del volumen del material de acuífero.

El movimiento del agua en un acuífero puede alcanzar velocidades de hasta 1000 metros al día en materiales tipo grava, pero tan solo milímetros al año en el caso de la arcilla y otros materiales similares. Como el movimiento del agua en los acuíferos es mucho más lento que en la superficie, los efectos climáticos de las sequías y los períodos muy húmedos pueden verse atrasados y atenuados.

Representación conceptual de la ubicación del agua subterránea, el nivel freático y el agua de superficie. La zona vadosa se compone del agua del suelo y la zona capilar. La región del acuífero o napa freática comprende un acuífero superior no confinado que está saturado, un acuicludo, que impide el movimiento, y un acuífero inferior confinado, también saturado.

Recarga

La recarga es la introducción de agua superficial en un lugar de almacenamiento de agua subterránea, como un acuífero. La recarga o reabastecimiento del depósito de agua subterránea puede ocurrir de varias formas. La más común es la recarga natural, que consiste en la infiltración y percolación de la precipitación u otros flujos superficiales naturales hasta los depósitos de agua subterránea. La recarga artificial o inducida incluye formas de aumentar la cantidad de agua subterránea más allá de lo que ocurriría naturalmente.

Ilustración ampliada del movimiento del agua subterránea

Entre la técnicas artificiales cabe mencionar la recarga por riego (o inundación), por canales y por distintas técnicas de bombeo. Otro tipo de recarga es la incidental, que se produce a raíz de acciones tales como la irrigación y el transporte del agua por un sistema de canales, las cuales agregan agua a los depósitos subterráneos, aunque su objetivo principal es otro. El término recarga puede también abarcar la cantidad de agua que se añade a un acuífero.

Extracción

La extracción es el proceso de retirar el agua subterránea artificialmente a través de un pozo o de una red de pozos.

Efecto del agua subterránea y su extracción en los cursos fluviales. Alrededor de la ubicación del pozo se forma un cono de depresión del nivel freático.

Cuando las tasas de extracción de agua subterránea exceden las de recarga de agua al suelo, el nivel freático local baja, un proceso que a veces se denomina «explotación de aguas subterráneas». Bajo estas condiciones, alrededor del pozo se produce una depresión del nivel freático que se conoce como «cono de depresión». Si la situación persiste, el resultado es la reducción general de la napa freática.

La subsidencia del suelo es la reducción del nivel de la superficie debido a cambios que se producen debajo del suelo. Las causas más comunes de subsidencia del suelo están relacionadas con las actividades humanas, como el bombeo de aguas subterráneas o el drenaje de suelos orgánicos (que también se denomina hidroconsolidación).

Fisura en el suelo cerca de Picacho, Arizona (EE.UU.)

A medida que la superficie del suelo baja, surgen una serie de problemas, como los siguientes: 1) cambios en la elevación y pendiente de arroyos; 2) daños a la infraestructura, como puentes, carreteras, desagües pluviales, calles, alcantarillados, canales y diques; (3) daños a edificios públicos y privados; y (4) rotura del revestimiento del pozo provocada por las fuerzas generadas por la consolidación de los materiales finos del sistema de acuífero.

Cartel de aviso de peligro de subsidencia instalado en 1981, después de que una fisura en el suelo dañara una carretera en el Condado de Pima, Arizona (EE.UU.).

A fondo: El impacto de la subsidencia del suelo

Los carteles de este poste indican la altura aproximada de la superficie del suelo en 1925, 1955 y 1977. Este lugar en el Valle de San Joaquín, al sureste de Mendota, en California (EE. UU.), fue identificado durante los estudios de investigación del Dr. Joseph F. Poland (en la foto) como el punto aproximado de máxima subsidencia en Estados Unidos.

Ubicación aproximada del punto de máxima subsidencia en los Estados Unidos, que fue identificado a raíz de los estudios de investigación del Dr. Joseph F. Poland (en la foto). Los carteles de este poste indican la altura aproximada de la superficie del suelo en 1925, 1955 y 1977. Cuando se tomó esta foto, el cartel de 1925 parecía encontrarse a unos 10 metros de altura sobre el suelo. Este lugar se halla en el Valle de San Joaquín, al suroeste de Mendota, California (EE.UU.).

Preguntas de repaso

Capa de nieve y deshielo

La nieve y el hielo son componentes esenciales del ciclo hidrológico, especialmente en latitudes altas y en lugares de montaña. El agua almacenada en estado congelado se libera en primavera y suministra agua durante el resto del año.

Panorama de montaña cerca de Saints John Creek, Colorado (EE.UU.).

En esta sección aprenderá a:

  • describir el importante papel de la nieve y del hielo en el ciclo hidrológico;
  • definir el equivalente en agua de la nieve e identificar los factores que afectan a la velocidad de deshielo;
  • describir los pasos más importantes del proceso de deshielo.

Esta sección abarca los siguientes temas:

  • Características de la capa de nieve
  • Deshielo
  • Preguntas de repaso

Características de la capa de nieve

La capa de nieve acumulada está formada por una mezcla de cristales de hielo, aire, impurezas y, si está derritiéndose, agua líquida. El deshielo aporta volúmenes considerables de agua a los sistemas fluviales. El momento en que se produce el deshielo del manto de nieve, así como su volumen y velocidad, dependen de una serie de características de la capa de nieve, de la topografía local y de las condiciones meteorológicas. La hidrología de nieves es un campo especializado que se centra en el estudio de estos factores.

Un auto y un granero bajo nieve profunda en las montañas

La característica de mayor interés en hidrología es la cantidad de agua que se encuentra almacenada en la capa de nieve, que se denomina «equivalente en agua de la capa de nieve». Entre los factores que influyen en la velocidad de deshielo cabe mencionar la temperatura de la capa de nieve, el albedo (la propiedad reflexiva de la nieve), la densidad y el volumen de la capa de nieve. La velocidad de deshielo se ve afectada también por factores tales como viento, humedad relativa, temperatura del aire e insolación.

Mapa en color del equivalente en agua de la nieve en Canadá, 15 marzo de 2010

Deshielo

La capa de nieve sufre cambios entre el momento en que la nieve cae en la cuenca hidrográfica y el momento en que se derrite. La intervención de ciertos factores meteorológicos y del agua líquida provoca la transformación de las partículas de nieve individuales del copo de nieve cristalino que cayó durante la tormenta a una forma de hielo más granular.

Representación conceptual de la densidad de una capa de nieve fresca de estructura cristalina y del hielo más granular que se forma a medida que la capa de nieve envejece.

En un comienzo, la nieve dentro de la capa acumulada se asienta, lo cual aumenta de su densidad. A medida que la superficie de la capa de nieve comienza a fundirse y se derrite, pueden formarse lentes de hielo. El aumento de temperatura que ocurre en la cuenca en primavera y en verano produce el calentamiento del manto de nieve. La temperatura máxima de la capa de nieve no puede exceder el punto de fusión del hielo. Cuando toda la capa de nieve alcanza esta temperatura, se vuelve isotérmica y se satura («madura»). Bajo estas condiciones, cualquier cantidad de energía que se introduzca en el manto nivoso producirá el deshielo. Normalmente, el agua líquida se desprende del fondo de la capa de nieve y a medida que esto ocurre, los factores relacionados con la escorrentía cobran mayor importancia.

Animación de un bloque de nieve acumulada encima de un volumen de suelo.  El suelo comienza a oscurecerse y pronto algunas partículas pequeñas de agua comienzan a salir por en fondo del bloque de nieve.  Conforme estas partículas se infiltran por el suelo subyacente, la altura del bloque de nieve comienza a disminuir.

Como en realidad la capa de nieve acumulada es hielo, contiene cierto volumen de agua. A medida que la nieve se derrite, se libera agua líquida. La relación entre el volumen de agua líquida o equivalente en agua de la capa de nieve y la profundidad o espesor de la capa de nieve dependerá de la densidad de la nieve. La profundidad de la nieve siempre será mayor que la profundidad equivalente en agua líquida que la capa de nieve puede producir.

"Ejemplo del rendimiento hídrico de un volumen de nieve dado. Un bloque de nieve de 10 unidades de altura con una densidad del 20 % produce un volumen de agua menor que equivale a 2 unidades de altura.

Tras su caída, la densidad de la nieve aumenta por asentamiento gravitacional, compactación por acción del viento, derretimiento y congelamiento. Con frecuencia, la densidad de la nieve se expresa en términos de la razón entre la profundidad de la nieve y el equivalente en agua líquida. Por ejemplo, una unidad de agua líquida puede equivaler a 20 unidades de profundidad de nieve fresca. Sin embargo, a medida que la nieve se compacta y «envejece», esa razón disminuye.

Tabla de la densidad de distintos tipos de manto nivoso.

El porcentaje de contenido de agua de la nieve fresca oscila entre un 5 por ciento a una temperatura del aire de alrededor de -10 °C y un 20 por ciento a una temperatura de 0 °C.

Con frecuencia, la nieve que se deposita en la vertiente de barlovento de una sierra de latitudes medias tiende a ser levemente más densa que la que se acumula en la vertiente de sotavento, especialmente cuando hay un litoral a barlovento de la cordillera.

Representación conceptual de la comparación del volumen de la nieve de distinto grado de densidad en las vertientes de sotavento y barlovento de una sierra de latitudes medias.

Por ejemplo, en la vertiente de barlovento de una sierra, el porcentaje de contenido de agua de la capa de nieve puede oscilar entre el 20 y el 30 por ciento en invierno y aumentar al 30 a 50 por ciento en primavera. Sin embargo, en la ladera de sotavento la densidad de la capa de nieve suele ser menor, porque típicamente las condiciones son más secas y, a veces, más frías. El porcentaje de contenido de agua de las capas de nieve en esta zona varía del 10 al 20 por ciento en invierno y del 20 al 40 por ciento en primavera.

Si se conoce o se puede calcular la profundidad de la nieve, la razón siguiente permite calcular el equivalente en agua líquida de un manto nivoso:

Profundidad de la nieve x razón nieve/agua = equivalente en agua del manto nivoso

Por ejemplo, dada una profundidad de 125 cm de nieve y una razón nieve/agua de tres a uno, se deriva el siguiente cálculo estimado de agua líquida en la capa de nieve:

125 cm de nieve x 0,33 = 41,7 cm de agua líquida

Preguntas de repaso

Resumen

Introducción al ciclo hidrológico

  • La hidrología es la ciencia que se dedica al estudio de las propiedades del agua, así como su ocurrencia, distribución y movimiento sobre el planeta Tierra.
  • El ciclo hidrológico describe el movimiento vertical y horizontal del agua en estado gaseoso (vapor), líquido o sólido entre la superficie, el subsuelo, la atmósfera y los océanos terrestres.
  • Algunos de los componentes más importantes del ciclo hidrológico son:
    • Almacenamiento:
      • agua almacenada en océanos
      • agua almacenada en hielo y nieve
      • agua almacenada como agua subterránea en acuíferos
      • agua almacenada como agua dulce en lagos, lagunas, estanques y embalses
    • Agua en la atmósfera:
      • condensación
      • precipitación
      • evaporación
      • transpiración
    • Agua en la superficie de la Tierra
      • deshielo
      • escorrentía
      • caudal o flujo fluvial
      • manantiales
    • Agua debajo de la superficie de la Tierra
      • infiltración
      • humedad del suelo
      • recarga de aguas subterráneas
  • El volumen de agua en cualquier punto de un sistema hidrológico se puede calcular como la diferencia entre el caudal entrante y el caudal saliente del sistema, lo cual produce un cambio en la cantidad de agua almacenada.

Distribución

  • El agua del ciclo hidrológico se almacena en cuatro formas principales:
    • agua oceánica
    • nieve y hielo
    • agua superficial
    • agua subterránea
  • El agua de los océanos normalmente contiene 35 gramos de sólidos disueltos por litro, mucho más que el agua dulce, que suele contener menos de medio gramo de sólidos disueltos por litro y tiene muchos otros usos aparte de ser potable.
  • La nieve acumulada en las montañas es una fuente importante de agua, especialmente en las regiones áridas y semiáridas. En algunas zonas la nieve representa una porción considerable de la precipitación anual.
  • Predecir la escorrentía producida por el deshielo es un proceso complicado que implica estimar los cambios en el equivalente en agua de la capa de nieve acumulada con el tiempo, así como los balances energéticos y las propiedades de interrelación entre las aguas subterráneas y la capa de nieve.
  • El almacenamiento y la distribución del agua de superficie ocurren en lagos, lagunas, ríos y arroyos, y estos fenómenos representan menos del 0,01 por ciento del agua de la Tierra.
  • Típicamente, el agua subterránea se encuentra en el acuífero, una región de roca no consolidada y partículas de suelo debajo de la superficie terrestre. Esta región es capaz de transmitir y almacenar agua para su extracción. Menos del 1 por ciento de toda el agua disponible en la Tierra se encuentra almacenada como agua subterránea o humedad en el suelo.

Agua atmosférica

  • Entre los procesos más importantes del agua atmosférica se incluyen la condensación, precipitación, evaporación y transpiración.
  • El proceso de condensación libera energía en forma de calor latente y es necesario para crear precipitación. En la mayoría de los lugares, la precipitación es el factor principal que controla el ciclo hidrológico local.
  • Aunque tradicionalmente la precipitación se ha medido mediante pluviómetros, es preciso utilizar varios métodos para compensar sus deficiencias en la cobertura y la confiabilidad de los datos. La ventaja del radar es su capacidad de proveer estimaciones de la precipitación casi en tiempo real. Los satélites se utilizan para obtener cálculos estimados de la lluvia en zonas desprovistas de redes de radares o pluviómetros.
  • La evaporación es el paso del agua en estado líquido al estado gaseoso en forma de vapor. En las regiones áridas, pueden evaporar hasta 2.000 mm al año de una superficie de agua.
  • Existen varias técnicas para medir la evaporación, como las siguientes:
    • tanques de evaporación; tienen limitaciones tales como la interferencia de los pájaros, la temperatura del agua, la necesidad de realizar una conversión para obtener un cálculo estimado del uso de agua por las plantas y la «paradoja de la evaporación».
    • lisímetros de varios tipos, como los de pesada y los de drenaje, con o sin succión.
    • mediciones meteorológicas con base en las características físicas que afectan a la evaporación, como la temperatura del aire, la temperatura del agua, el movimiento del aire sobre la superficie del agua y el déficit de presión de vapor.
    • El déficit de presión de vapor es una indicación de la «aridez» del aire o de la cantidad de vapor de agua que se requiere para llevar el aire hasta el punto de saturación.
  • La transpiración es el proceso por el cual la humedad que las plantas extraen del suelo por su sistema radicular eventualmente se evapora.
  • En general, el efecto combinado de la evaporación y la transpiración constituye el elemento de pérdida más importante del sistema de agua del suelo. Las plantas tales como los pastos o hierbas, los matorrales y algunas plantas de cultivo tienen períodos de transpiración más breves que la vegetación de los bosques. En los bosques, los árboles caducifolios suelen transpirar durante un período menor que las coníferas. En comparación con las demás plantas, las tasas de transpiración de los árboles suelen ser entre las más altas.

Agua superficial

  • El agua superficial o de superficie representa la parte del ciclo del agua en que el agua en estado líquido fluye sobre la superficie terrestre.
  • La infiltración se define como el movimiento descendente del agua que atraviesa la superficie y penetra el perfil del suelo.
  • La tasa de infiltración se ve afectada directamente por las características físicas, la cobertura, el contenido de humedad y la temperatura del suelo, así como por el tipo de precipitación y la intensidad de la lluvia.
  • Cuando la tasa de precipitación excede la capacidad de infiltración, se produce escorrentía superficial.
  • El suelo se compone de partículas minerales, materia orgánica y espacio poroso, que es el espacio vacío entre las partículas del suelo.
  • La medida en que los espacios porosos están llenos de agua determina las condiciones de humedad del suelo.
  • El grado de infiltración posible se ve limitado por la cantidad de espacio vacío disponible en el suelo. Es muy importante conocer las condiciones de humedad del suelo a la hora de tratar de modelar la escorrentía de una tormenta.
  • La escorrentía es aquella porción de la lluvia que no llega a infiltrarse en el suelo.
  • A medida que el suelo se satura, la capacidad de infiltración se reduce. Si pudiéramos comparar dos tormentas idénticas, la cantidad de escorrentía directa (que a veces se denomina «escorrentía de tormenta») variaría según las condiciones de humedad del suelo.
  • El hidrograma es una gráfica del caudal de un río. La forma del hidrograma depende de las características de la tormenta y de la cuenca hidrológica.
  • Algunos elementos de la escorrentía son el flujo terrestre, el interflujo, el caudal base y el caudal.

Agua subterránea

  • El agua subterránea es una fuente importante de agua. No está sujeta a las mismas tasas de evaporación que los lagos de superficie.
  • Los acuíferos se componen de agua, suelo, espacio vacío dentro del suelo y materiales del subsuelo, debajo de la superficie terrestre.
  • En los acuíferos libres o no confinados el agua subterránea está en contacto con la atmósfera a través de los poros del suelo que los cubren.
  • En los acuíferos confinados, el agua subterránea está encerrada por una capa no porosa o muy poco porosa denominada acuicludo y no entra en contacto con la atmósfera.
  • La recarga es la introducción de agua superficial en un lugar de almacenamiento de agua subterránea, como un acuífero.
  • La recarga natural consiste en la infiltración y percolación de la precipitación, nieve u otro flujo de superficie hasta los depósitos de agua subterránea.
  • La recarga artificial o inducida incluye formas de aumentar la cantidad de agua subterránea más allá de lo que ocurriría naturalmente.
  • La extracción es el proceso de retirar el agua subterránea artificialmente a través de un pozo o de una red de pozos. Cuando las tasas de extracción de agua subterránea exceden las de recarga de agua al suelo, el nivel freático local baja. Esto puede causar una serie de problemas, como la subsidencia asociada del suelo.

Capa de nieve y deshielo

  • La nieve y el hielo son componentes esenciales del ciclo hidrológico, especialmente en latitudes altas y en lugares de montaña. El agua almacenada en estado congelado se libera en primavera y suministra agua durante el resto del año.
  • La cantidad de agua almacenada en la capa de nieve se denomina “equivalente en agua de la capa de nieve”.
  • Algunos factores que influyen en la velocidad de deshielo:
    • temperatura de la capa de nieve
    • albedo
    • densidad
    • volumen de la capa de nieve
    • factores atmosféricos (viento, humedad relativa, temperatura del aire, insolación)
  • Después de la nevada inicial:
    • Metamorfosis de las partículas a una forma granular, lo cual aumenta la densidad de la capa de nieve.
    • A la temperatura de fusión, cualquier energía adicional produce el deshielo.
    • Los factores de escorrentía cobran importancia a medida que se libera agua.

Materiales de consulta adicionales

Herramientas para estimar la precipitación

Colaboradores

Patrocinadores de COMET

The COMET® Program está patrocinado por el National Weather Service (NWS) de NOAA, con fondos adicionales de las siguientes organizaciones:

  • Air Force Weather (AFW)
  • European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT)
  • Meteorological Service of Canada (MSC)
  • National Environmental Education Foundation (NEEF)
  • National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS)
  • NOAA National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS)
  • Naval Meteorology and Oceanography Command (NMOC)

Colaboradores del proyecto

Dirección del proyecto y diseño instruccional

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Asesor científico principal

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET

Asesoramiento científico adicional

  • Claudio Caponi — OMM

Infografía/Diseño de interfaz

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Gerente principal del proyecto

  • Dr. Patrick Parrish — UCAR/COMET

Traducción al español

  • David Russi

Colorabores de proyecto del Curso Básico de Hidrología original

Dirección del proyecto y diseño instruccional

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Asesores científicos principales

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET
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Diseño multimedia

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  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Edición/producción de audio

  • Seth Lamos — UCAR/COMET

Narración

  • Dr. Richard Koehler — UCAR/COMET

Infografía/Diseño de interfaz

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  • Heidi Godsil — UCAR/COMET
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Prueba de software/Garantía de calidad

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