Universidad De Oriente

Ncleo de Anzotegui

Escuela de Ingeniera y Ciencias Aplicadas

Departamento de Ingeniera Civil

Ctedra: Hidrologa Bsica

Seccin: 02

Balance Hdrico

Bachilleres:

llaroel, Luissana C.I.: 24.828.712

Profesora: Bachiller: Oliannys Villahermosa Glasireis Boada C.I:24226036

Barcelona, 17 de febrero de 2015.

Introduccin

Partiendo del conocimiento de las precipitaciones medias mensuales y de la evapotranspiracin mensual estimada, podemos estudiar el balance del agua en el suelo a lo largo del ao. Conocer el balance de humedad en el suelo es importante para evaluar la disponibilidad de agua para los cultivos, estudios hidrolgicos, de conservacin de suelos, de drenaje, de recuperacin de suelos salinos, de repoblacin forestal, o el establecimiento del rgimen de humedad de los suelos o de criterios de diferenciacin climtica

Existen varios modelos para estimar el balance de agua en el suelo; aqu seguiremos el mtodo directo propuesto por Thornthwaite y Matter, segn el cual se va perdiendo agua para poder generar la evapotranspiracin potencial hasta agotar la reserva.

Balance hdrico.

Un balance hdrico analiza la entrada y salida de agua en un sector de una cuenca a lo largo del tiempo, tomando en consideracin los cambios en el almacenamiento interno bajo diferentes escenarios.

Lasentradas de aguaa la cuenca hidrogrfica pueden darse de las siguientes formas:

Precipitaciones: lluvia; nieve; granizo; condensaciones;

Aporte deaguas subterrneasdesde cuencas hidrogrficas colindantes, en efecto, los lmites de los acuferos subterrneos no siempre coinciden con los lmites de los partidores de aguas que separan las cuencas hidrogrficas;

Transvase de agua desde otras cuencas, pueden estar asociadas a:

Descargas decentrales hidroelctricascuya captacin se sita en otra cuenca, esta situacin es frecuente en zonas con varios valles paralelos, donde se construyen presasen varios de ellos, y se interconectan por medio de canales o tneles, para utilizar el agua en una nica central hidroelctrica;

Descarga de aguas servidas de ciudades situadas en la cuenca y cuya captacin de agua para uso humano e industrial se encuentra fuera de la cuenca, esta situacin es cada vez ms frecuente, al crecer las ciudades, el agua limpia debe irse a buscar cada vez ms lejos, con mucha frecuencia en otras cuencas. Un ejemplo muy significativo de esta situacin es la conurbacin de San Pablo, en elBrasil;

Lassalidas de aguapueden darse de las siguientes formas:

Evapotranspiracin: de bosques y reas cultivadas con o sin riego;

Evaporacindesde superficies lquidas, como lagos, estanques, pantanos, etc.;

Infiltraciones profundas que van a alimentar aquferos;

Derivaciones hacia otras cuencas hidrogrficas;

Derivaciones para consumo humano y en la industria;

Salida de la cuenca, hacia un receptor o hacia el mar.

El establecimiento del balance hdrico completo de una cuenca hidrogrfica es un problema muy complejo, que involucra muchas mediciones de campo. Con frecuencia, para fines prcticos, se suelen separar el balance de las aguas superficiales y el de las aguas subterrneas.

El Balance hdrico fue empleado para el clculo de la oferta hdrica superficial, que equivale al volumen de agua continental de los sistemas de drenaje superficial, en un perodo determinado de tiempo. La ecuacin para el balance hdrico se representa por la siguiente expresin:

I-O=S

(I): Entradas

(O): Salidas

S: Cambio de almacenamiento

La ecuacin de Balance Hidrolgico es una expresin muy simple, aunque la cuantificacin de sus trminos es normalmente complicada por la falta de medidas directas y por la variacin espacial de la evapotranspiracin.

A continuacin se describe el concepto y la metodologa utilizada para calcular cada uno de los componentes de la frmula del balance.

Precipitacin (P)

La precipitacin constituye la principal entrada de agua dentro del Ciclo

Hidrolgico, y varia tanto espacial como temporalmente en una cuenca y subcuenca. Es el agua que cae en una zona determinada que se delimita como cuenca o subcuenca y puede ocurrir como lluvia, neblina, nieve, roco, etc. La medicin de la lluvia se realiza en las estaciones climticas a travs de instrumentos llamados pluvimetros y es uno de los datos necesarios para el balance que con mayor frecuencia se encuentran disponibles, si bien puede variar la periodicidad y confiabilidad de stos dependiendo del mtodo de medicin y de la permanencia de las estaciones climticas a travs del tiempo.

Se elaboran las isoyetas de precipitacin promedio anual caracterstico para la cuenca, as como el climograma general de la misma para observar la relacin entre precipitacin y temperatura promedio mensual a travs del ao. La informacin de los mapas de isoyetas mensuales y anuales, permite calcular la precipitacin media areal de las cuencas, con los que se inicia el clculo de los parmetros del Balance Hdrico.

La precipitacin horizontal, agua en forma de niebla que condensa al entrar en contacto con la vegetacin, adquiere importancia en aquellos lugares cubiertos con masas boscosas y con frecuencia de das con neblina; no obstante su importancia, el valor de esta precipitacin no se cuantifica en las estaciones climticas por lo que debe medirse en campo o estimarse mediante modelos que relacionen las variables que confluyen en la presencia de este fenmeno.

Temperatura (T)

Esta variable juega un papel importante, ya que interviene en todas los mtodos empricos y por lo general junto con la precipitacin son las nicas que podemos encontrar en las estaciones meteorolgicas con plena seguridad. Su anlisis contempla su homogenizacin y caracterizacin trmica de la zona en estudio.

Las variables climatolgicas, por lo general no presentan variaciones considerables a travs del tiempo, sin embargo con el fin de poder uniformizar la serie de datos de cada una de las estaciones; se realiz un anlisis de extensin de los datos de temperatura a nivel medio, mximo y mnimo.

Evapotranspiracin

La evapotranspiracin es la cantidad de agua que retorna a la atmsfera, tanto por transpiracin de la vegetacin como por evaporacin del suelo. Su magnitud depende del agua realmente disponible, es decir la que el suelo ha logrado retener para el consumo de la vegetacin, as como la que ha sido interceptada por sta.

Los valores de intercepcin de la precipitacin por la cobertura vegetal, varan en funcin de la composicin del bosque, sus caractersticas y ubicacin. Un rango de valores medios de intercepcin expresada como porcentaje de la lluvia total, generalmente aceptado para los bosques 15 a 40%. Como se indic anteriormente, la intercepcin es parte de la evapotranspiracin (Bruijnzell 1990, 1991).

La determinacin de este parmetro, es de difcil cuantificacin, sobre todo por la ausencia de estaciones que permitan medir este parmetro en el campo, por lo que resulta necesario deducir, en primer lugar, el valor de la evapotranspiracin potencial (ETP) mediante frmulas empricas.

Aunque la evapotranspiracin es el segundo trmino en importancia en un balance hidrolgico despus de la precipitacin o el primero en zonas ridas y semiridas, en la actualidad no existe una metodologa para medirla a escala de cuenca, por lo que se estima a partir de la utilizacin de diferentes modelos. La dificultad de la modelacin de la evapotranspiracin radica en representar los procesos y factores que la determinan de una manera simple.

A continuacin se desarrollan en sntesis los mtodos utilizados para estimar la evapotranspiracin potencial (ETP), evapotranspiracin de referencia o del cultivo de referencia (ETo), evapotranspiracin real (ETR) y la evapotranspiracin del cultivo de referencia. (ETc).

Evapotranspiracin potencial (ETP)

- Mediante Thornthwaite

Thornthwaite introdujo el trmino evapotranspiracin potencial (ETP) para expresar "la cantidad de agua que perder una superficie completamente cubierta de vegetacin en crecimiento activo si en todo momento existe en el suelo humedad suficiente para su uso mximo por las plantas".

Para el clculo de la ETP de un mes determinado, se debe corregir la ETP mediante un coeficiente que tenga en cuenta el nmero de das del mes y horas de luz de cada da, en funcin de la latitud. Para lo cual se introduce el ndice de iluminacin mensual en unidades de 12 horas, que deber multiplicar a la ETP para obtener la ETP segn Thornthwaite (mm/mes) final.

Clculo de la E.T.P. Evapotranspiracin potencial mensual (mm)

ETP = 16 x (10 T / I) (II)

I = ndice de calor anual

I = suma de los 12 valores del ndice de calor mensual (i).

Infiltracin

La infiltracin es el volumen de agua procedente de las precipitaciones que atraviesa la superficie del terreno y ocupa total o parcialmente los poros del suelo y del subsuelo. Entre los factores que afectan la capacidad de infiltracin tenemos:

*Entrada superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la acumulacin de partculas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo.

*Transmisin a travs del suelo: El agua no puede continuar entrando en el suelo con mayor rapidez que la de su transmisin hacia abajo, dependiendo de los distintos estratos.

*Acumulacin en la capacidad de almacenamiento: El almacenamiento disponible depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de humedad existente.

*Caractersticas del medio permeable: La capacidad de infiltracin est relacionada con el tamao del poro y su distribucin, el tipo de suelo arenoso, arcilloso-, la vegetacin, la estructura y capas de suelos.

*Caractersticas del fluido: La contaminacin del agua infiltrada por partculas finas o coloides, la temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que lleva.

Para determinar el clculo de la precipitacin que se infiltra mensualmente (Pi) al suelo, viene dado por la expresin algebraica siguiente:

Pi =(Ci)*( P- Ret)

Donde:

Pi > Precipitacin que infiltra mensualmente al suelo (mm/mes)

Ci > Coeficiente de infiltracin (adimensional)

P > Precipitacin mensual en (mm/mes)

Ret > Retencin de lluvia mensual por follaje en (mm/mes)

Por lo general, en la ecuacin del Balance Hdrico, y dependiendo de la escala temporal del anlisis (anual), este valor se asume que su variabilidad es mnima y puede ser considerada cero.

Escorrenta superficial o caudal

*Caudal

Para el aprovechamiento del recurso hdrico, es necesario conocer en un punto dado o en la salida de la cuenca, el caudal disponible a partir de las precipitaciones. El problema es aparentemente simple en su presentacin, pero de una solucin en muchos casos compleja, para ello se han ideado una serie de metodologas que van desde las ms simples a las ms complejas, como: isolneas de escorrenta, caudales especficos, generacin por modelos de simulacin precipitacin escorrenta, etc.

Para cuencas con caractersticas fisiogrficas, cobertura vegetal y comportamiento hidrolgico similar, se puede estimar el caudal especfico en funcin de la siguiente expresin:

Donde:

Qx = Caudal a estimar subcuenca en m3 /s

A x = rea de la subcuenca en Km2

P x = Precipitacin espacial sobre la subcuenca en mm

Q = Caudal del ro en m3/s.

A = rea de la cuenca del ro

P = Precipitacin espacial sobre la cuenca del ro.

*Escorrenta

El agua de las precipitaciones que no es evaporada ni infiltrada, escurre superficialmente en forma de:

Escorrenta directa que es el agua que llega directamente a los cauces superficiales en un periodo corto de tiempo tras la precipitacin, y que engloba la escorrenta superficial y la sub-superficial (agua que tras un corto recorrido lateral sale a la superficie sin llegar a la zona fretica).

Escorrenta basal que es la que alimenta a los cauces superficiales en poca de estiaje.

Una vez estimados los volmenes de agua que se infiltran mensualmente en cada subcuenca, se establece que el agua restante es la que va a escurrir superficialmente, lo que denominamos caudal o escurrimiento superficial.

Para el clculo de la escorrenta anual (mm) en las subcuencas y cuenca total se utiliza la expresin matemtica que relaciona el caudal y el rea de drenaje.

Su frmula es:

Donde:

E = Escorrenta en mm

Q = Caudal en m3

/s

A = rea de drenaje km2

Finalmente, con la cuantificacin de cada una de las variables identificadas en la ecuacin del Balance Hdricos y dependiendo de la escala temporal de anlisis, tendramos as expresiones siguientes:

*Cuando el balance hdrico superficial se realiza a nivel mensual y multianual, el trmino correspondiente al cambio de almacenamiento (S) se considera que toma el valor de 0, debido a que la variabilidad del agua almacenada en la cuenca en perodos largos no experimenta cambios significativos.

Hidrulica de embalses

Embalse: Se denomina embalse a la acumulacin de agua producida por una obstruccin en el lecho de un ro o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce.

La obstruccin del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del ro o arroyo, la acumulacin de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas.

Usos del embalse:

En Riego; usos domsticos e industriales, obtenindose como beneficio; Incremento de la produccin agropecuaria. Suministro de agua para uso de las poblaciones y de las industrias.

En control de inundaciones; Prevencin de daos causados por desbordamiento durante la creciente, en defensa de las poblaciones y reas cultivadas o industriales.

Generacin de Energa; proteccin y suministro de energa para usos domsticos e industriales.

Navegacin; facilidades de transporte por va fluvial, permitiendo la navegacin entre poblaciones.

Control de sedimentos;pequeos embalses para control de sedimentos a otros embalses o a corrientes de agua. Control de erosin.

Recreacin; aumento de bienestar de la poblacin.

Mejoramiento de la piscicultura para usos industriales. Mejoramiento de la ecologa vegetal y animal.

Estructuras que conforman los embalses:

Todo embalse consta de las siguientes estructuras bsicas:

La presa, dique o represa, es la estructura de retencin de las aguas y resiste un empuje. Debe ser por lo tanto, impermeable y estable, conjuntamente con su fundacin y sus estribos.

El aliviadero o estructura de alivio o descarga de los excedentes que llegan al embalse, los cuales no se desean almacenar. Sus caractersticas ms importante es la de evacuar con facilidad las mximas crecientes que llegan al vaso de almacenamiento. Su insuficiencia provoca el desborde del agua por encima de la cresta de la presa y el posible colapso de esta estructura si se trata de una presa de tierra o enrocado.

Las obras de toma son un conjunto de estructuras formado por una estructura de entrada o toma, un tnel o conducto a travs de un estribo o de la presa y una estructura de salida. Este conjunto permite tomar las aguas del embalse y pasarlas al canal principal. Debe tener suficiente capacidad para descargar las aguas abastecer a la zona de riego con el gasto necesario, de acuerdo a los requerimientos de los suelos para niveles mnimos del embalse.

En algunos embalses se construyen diques o presas adicionales para el cierre de alguna depresin en la divisoria de aguas del vaso de almacenamiento. Algunos de estos diques se disean como diques fusibles, es decir, que pueden destruirse con el paso de las aguas sobre los mismos, aumentando as la seguridad de la presa principal.

Efectos hidrolgicos.

Al represar un ro y crear una laguna, se cambia profundamente la hidrologa y limnologa del sistema fluvial. Se producen cambios dramticos en el flujo, la calidad, cantidad y uso del agua, los organismos biticos y la sedimentacin de la cuenca del ro.

La descomposicin de la materia orgnica (por ejemplo, los rboles) de las tierras inundadas enriquece los alimentos del reservorio. Los fertilizantes empleados aguas arriba se suman a los alimentos que se acumulan y se reciclan en el reservorio. Esto soporta no solamente la pesca, sino tambin el crecimiento de las hierbas acuticas, como nenfares y jacintos de agua. Las esteras de hierbas y algas pueden constituir molestias costosas. Si obstruyen las salidas de la represa y los canales de riego, destruyen la pesca, limitan la recreacin, aumentan los costos de tratamiento del agua, impiden la navegacin y aumentan sustancialmente las prdidas de agua a causa de la transpiracin.

Si el terreno inundado tiene muchos rboles y no se limpia adecuadamente antes de inundarlo, la descomposicin de esta vegetacin agotar los niveles de oxgeno en el agua. Esto afecta la vida acutica, y puede causar grandes prdidas de pescado. Los productos de la descomposicin anaerbica incluyen el sulfuro de hidrgeno, que es nocivo para los organismos acuticos y corroe las turbinas de la represa, y el metano, que es un gas de invernadero. El dixido de carbono, el gas principal que se produce, tambin exacerba los riesgos de invernadero.

Las partculas suspendidas que trae el ro se asientan en el reservorio, limitando su capacidad de almacenamiento y su vida til, privando el ro de los sedimentos, aguas abajo. Muchas reas agrcolas de los terrenos aluviales han dependido siempre de los limos ricos en alimentos para sostener su productividad. Como el sedimento ya no se deposita, aguas abajo, en el terreno aluvial, esta prdida de alimentos deber ser compensada mediante la adicin de fertilizantes, para mantener la productividad agrcola. La liberacin de las aguas libres de sedimentos, relativamente, puede lavar los lechos, aguas abajo. Sin embargo, la sedimentacin del reservorio produce agua de ms alta calidad para riego, y consumo industrial y humano.

Los efectos adicionales de los cambios en la hidrologa de la cuenca del ro, incluyen variaciones en el nivel fretico, aguas arriba y abajo del reservorio, y problemas de salinizacin; estos tienen impactos ambientales directos y afectan a los usuarios aguas abajo.

Conclusin

El conocimiento de los elementos del balance hidrolgico de un pas, resulta de gran importancia en los planteos y soluciones de mltiples problemas econmicos y sociales. Pero, si bien esta necesidad es suficientemente conocida, aun hoy resulta imposible contar con observaciones directas de los mismos con la antigedad y continuidad, en el tiempo y en el espacio, que permita su estudio en extensiones. Si lo expresado anteriormente vale para los pases desarrollados, resulta de particular aplicacin en aquellos otros en que su densidad de poblacin es baja y su potencial econmico an no ha sido desarrollado en su plenitud.

Por esta razn es que, en la actualidad, se ha prestado mucho inters a cualquier intento que se realice en el sentido de obtener una valoracin, exacta o aproximada, de los diferentes elementos del balance hidrolgico en su distribucin.

El Balance Hidrolgico relaciona las variables que intervienen en el ciclo hidrolgico. Se aplica en todos los casos que tienen que ver con la distribucin de los recursos hidrulicos a nivel global, o en cuencas particulares. Es imprescindible en los estudios de regulacin de embalses y en los proyectos de suministro de agua para acueducto, riego y generacin hidroelctrica.

Bibliografa

http://www.monografias.com/trabajos15/embalses/embalses.shtml

HIDRAULICA EMBALSES es.scribd.com

Balance Hidrolgico es.scribd.com

EN QUE CONSISTE EL BALANCE HDRICO balancehidrico.org