2. Componentes del Balance Hídrico
Para calcular el balance hídrico se debe tomar en consideración
que:
Flujo de Entrada = Flujo de Salida + ∆ Almacenamiento
Un incremento en el almacenamiento es considerado como un
cambio positivo
3. Flujo de ingreso
El flujo de ingreso es la suma de la precipitación, escorrentía
superficial, el flujo de agua subterránea y el agua importada a la
cuenca.
Flujo de Ingreso = Ppt + SWi + GWi + Agua importada
4. Flujo de salida
El flujo de salida es la suma de la evapotranspiración, evaporación,
agua superficial y agua subterránea que salen del sistema, agua
exportada y consumo.
Flujo de Salida = ET + Evaporación + SWo+ GWo + Agua exportada
+ Consumo
5. Almacenamiento
Se refiere al almacenamiento del agua superficial y subterránea
∆ Almacenamiento = ∆ Almacenamento de SW +
∆ Almacenamento de GW
7. Precipitación
Es medida como la altura de
agua en un área específica en
un determinado periodo de
tiempo. Normalmente, se
utiliza un recipiente abierto
para medir precipitación en el
campo.
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8. Precipitación
Se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos en la instalación de
estaciones de medición:
• La ubicación es crítica
• Número suficiente para tener un promedio de la cuenca
• Mediciones en puntos discretos
• Relación de precipitación con elevación
Además la información debe ser:
• Representativa
• De un periodo largo de toma de datos
• De distribución apropiada (área y tipo de tormenta)
• Homogénea: estaciones móviles, cambio de equipos, cambio de
observador.
9. Criterios para verificar la
homogeneidad de los datos
1. Calcular el ratio de los valores de 2 estaciones para el mismo periodo de
tiempo.
2. Comparar el ratio calculado con el de otros años. Algún cambio en el
ratio promedio, nos indicará un error.
3. Ajustar los datos más recientes a los más antiguos.
Ejm: Year Station A Station B A/B
1 11 22 0.5
2 10 21 0.48
3 12 23 0.52
4 6 23 0.26
5 4 20 0.2
6 5 21 0.24
Claramente la estación A presenta algunos errores. Deben ser corregidos con
el ratio de datos anteriores.
A/B prom = 0.23
10. Criterios para verificar la
Homogeneidad de los datos
A = B*0.23
• A1 = 22*0.23 = 5.06 ~ 5
• A2 = 21*0.23 = 4.83 ~ 5
• A3 = 23*0.23 = 5.29 ~ 5
Year Station A Station B
Data 1 5 22
Corregida 2 5 21
3 5 23
4 6 23
5 4 20
6 5 21
11. Datos faltantes
Cuando falta algún dato de la base de datos de precipitación, se puede
estimar un valor aproximado, mediante:
Donde:
N = número de estaciones cercanas a la estación ‘x’, que es la que
tiene el dato faltante.
Px = valor faltante de precipitación de la estación ‘x’
Ax = Promedio anual de precipitación en la estación ‘x’
P# = Precipitación en la estación #
A# = Promedio de precipitación anual para cada estación #.
12. Procesamiento de los datos
Una vez que estamos seguros de que la base de datos es
homogéneos y significativos, tenemos 3 alternativas para
determinar la precipitación promedio de una cuenca en un
periodo determinado:
• Promedio Aritmético
• Polígonos de Thiessen
• Método de las Isoyetas
13. Procesamiento de Datos
1. Promedio Aritmético
Es el promedio simple de los valores de precipitación de todas
las estaciones.
Precipitación = (P1 + P2 + … + Pn) / n
14. Procesamiento de Datos
2. Polígonos de Thiessen
Es el promedio que pondera el
área parcial que corresponde a
cada estación.
Para definir las áreas, se debe unir
las estaciones con una línea recta,
y trazar perpendiculares en el
punto medio de cada una de ellas.
Tres de estas rectas
perpendiculares forman polígonos.
Es considerado el mismo valor de
precipitación para cualquier punto
encerrado en un polígono.
Precipitación = (P1*A1 + P2*A2 + … + Pn*An) / Area Total
15. Procesamiento de Datos
3. Método de las Isoyetas
Es el promedio que pondera el área
parcial definida por isolíneas de
precipitación.
Para determinar las áreas, se debe unir
los puntos con el mismo nivel de
precipitación (isoyetas), resultarán
polígonos entre las isoyetas, los cuáles
considerarán el mismo valor de
precipitación que el de la estación que
encierran.
Precipitación = (P1*A1 + P2*A2 + … + Pn*An) / Area Total
16. Procesamiento de Datos
Sin embargo herrameintas de
Sistemas de Información Geográfica
(SIG) pueden realizar
interpolaciones espaciales de mayor
calidad y en menor tiempo.
Métodos:
IDW
Kriging
Nearest Neighbor
Etc.
17. Entrada de Flujo Superficial (SWi)
Como las cuencas
están definidas por la
topografía de la zona,
la mayoría de las veces
el término de entrada
de flujo superficial es
considerada cero.
SWi = 0
18. Entrada de Flujo Subterráneo (GWi)
Comúnmente, los límites del agua superficial son los mismos que
los del agua subterránea, entonces esperamos que, por causas
topográficos, el flujo de entrada de agua subterránea es cero.
Gwi = 0
19. Agua Importada a la cuenca
La existencia de agua importada dependerá si la comunidad
cuenta con su sistema de abastecimiento de agua, dentro de la
cuenca o fuera de la misma.
Este término, también considera el agua embotellada que entra al
sistema.
21. Evapotranspiración
Para determinar la evapotranspiración se utiliza un Lisímetro.
Se calcula con la siguiente expresión:
ET = SI + PI + I – SF - D
donde:
ET = Evapotranspiración para un periodo determinado
SI = Volumen inicial de humedad
P = Precipitación en el Lisímetro
I = Irrigación
SF = Volumen final de humedad
D = Exceso de humedad drenado por el suelo
22. Evapotranspiración
ET Potencial
Es calculada a partir de variables climatológicas y ecuaciones de balance
de energía. Existen distintas metodologías para calcular la ET potencial.
ET Real
Usando una cúpula de evapotranspiración, se mide la tasa de
acumulación de vapor con un termómetro de bulbo húmedo y bulbo
seco.
También se puede calcular con la correlación de
Eddy Tower, utilizando la velocidad vertical del
aire y el contenido de vapor, para determinar el
flujo neto de humedad, y por lo tanto la tasa de
evapotranspiración
23. Evaporación
Medición
Para medir evaporación se utilizan
recipientes poco profundos. Es necesario
conocer los coeficientes de evaporación de
los recipientes, los cuales se encuentran
disponibles en los atlas de agua.
Se tiene que monitorear el cambio en el
volumen de agua de los recipientes.
Estimación
Si no se cuenta con información disponible,
se puede estimar la evaporación utilizando
el nomógrafo del Servicio Nacional del
Clima de Estados Unidos. Se requiere los
siguientes datos:
• Temperatura Promedio
• Punto de Rocío (Temperatura a la cual
ocurre la condensación de un volumen
de aire al ser enfriado).
• Radiación Solar
• Velocidad del Viento
24. Salida de Flujo Superficial (SWo)
Se refiere al flujo de
agua superficial que
sale del sistema.
Generalmente, es
medido como la tasa
volumétrica del flujo
de descarga.
25. Salida de Flujo Subterráneo (GWo)
Este término obedece la
Ley de Darcy:
dh
Q=K*A*( )
dl
De los registros de
perforaciones de pozos,
se puede identificar si
existe flujo de salida de
agua subterránea, por
ejemplo:
26. Agua Exportada de la Cuenca
Este término se analiza de la misma manera que el agua
importada, es decir, depende si los sistemas de abastecimiento de
aguas de la comunidad están fuera de la cuenca. También se
considera el volumen de agua embotellada que sale del sistema.
27. Consumo
Este término se refiere al volumen utilizado por los siguientes actores:
• Ecosistemas
• Agricultura
• Población
• Industria
• Minería
Por ejemplo, si la fuente principal de agua
de una población es la proveniente de
pozos. Calcularíamos el consumo de la
población como:
Bombeo: 5000 viviendas
Tasa de Consumo: 800 litros/día/vivienda
Consumo = 5000 * 800 = 4000 m3/día
29. Pérdida de Agua
Porcentaje de pérdida
residencial = 15 %
Porcentaje de pérdida por
ET = 1%
Total = 84 % (+/- 4%) del
agua de consumo regresa
al sistema.
Source: Notes from the Colorado
School of Mines course
30. ∆ Almacenamiento
Es el incremento o disminución en el almacenamiento de agua
superficial o subterránea; se define por monitoreo de los cuerpos
de agua o pozos para apreciar cambios en su volumen.
Es útil medir el volumen de descarga.
31. Descarga
Se necesita determinar la velocidad de flujo, para así calcular la
descarga mediante la siguiente expresión:
Q=V*A
Existen 4 maneras de medir la descarga:
1. Utilizando un correntómetro
2. Estimar el caudal con una curva de regresión
3. Utilizando un vertedero
4. Estimar la velocidad con la ecuación de Manning
32. Medición de la Descarga
1. Utilizando un correntómetro
El procedimiento consiste en dividir el ancho del curso de agua en
segmentos (Wi) , y medir la profundidad en el punto central de
cada tramo (Di). Luego, medir la velocidad a 0.6Di en el punto
central de cada segmento. Si el cuerpo de agua es muy profundo
se puede utilizar 0.2Di – 0.8Di.
Q = SUM(Vi, Wi, Di)
33. Medición del Descarga
2. Estimar el caudal con una curva de regresión
El procedimiento es medir el caudal (Q) y el tirante de agua (ϒ),
luego se grafica Q vs ϒ.
Usualmente se utiliza un pozo de observación de tirante de agua.
3. Medir caudal utilizando un vertedero
El flujo de agua es calibrado a una altura aguas arriba. Por
ejemplo, se puede utilizar un canal ‘V-notch’.
34. Medición de la Descarga
4. Estimar la velocidad con la ecuación de Manning
Es un método empírico, y su expresión está dada por:
V = ( 1.49 * R 2/3 * S 1/2 ) / n
V = Velocidad promedio
R = Radio hidráulico
S = Pendiente o gradiente hidráulico
N = Factor de fricción de Manning
35. Descarga máxima
La siguiente expresión se utiliza para calcular la descarga máxima después de una tormenta. Es un
método racional para áreas pequeñas:
Q=C*I*A
Q = Descarga máxima
C = Coeficiente de salida
I = Intensidad de lluvia
A = Area de drenaje
Este método es válido después de un evento de precipitación que ha durado por lo menos el
tiempo de concentración (tc):
tc = L 1.15 / (7700 * H 0.38 )
donde:
tc = tiempo que toma una gota de agua transportarse del punto más distante de la cuenca hacia el
punto de descarga.
L = Longitud del curso de agua principal
H = Diferencia en elevación del punto más distante a la descarga de la cuenca.
38. Para mayor información sobre nuestra empresa puede revisar los
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