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.
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Esta sección abarca los siguientes temas:
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.

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.
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.
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.

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.
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.

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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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.
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.

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.

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.
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.)
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.

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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.

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.

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.

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.

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.

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.
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.

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.

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.

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.
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.

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.
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.

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.

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.

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.


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.
¿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
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
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.

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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.
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.

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.
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.

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.
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.
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.

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.

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.
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.

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.

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.

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.

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.

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.

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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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
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, 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).

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.

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.

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.

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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.

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.

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.

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.
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.

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.

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.

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
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