Hidrología: Definición, Clasificación y Variables

Introducción

Así como el agua representa el elemento vital para el ser humano, la hidrología es una ciencia necesaria e importante para el aprovechamiento y el conocimiento de la misma. Recordando que a pesar que el 70% del planeta tierra está conformado por agua, sólo el 0,007% está disponible para consumo humano (Potable).

Es por ello que la hidrología y sus múltiples ramas comprenden y estudia todas las dinámicas del agua en el planeta, de tal manera que el ser humano pueda aprovechar además de su vital consumo para la sobrevivencia, también para su utilización en diferentes ámbitos como la ingeniería civil, la agricultura,fuentes de energía, entre otras.

La hidrología actualmente, gracias a los avances tecnológicos, monitorea y analiza datos en tiempo real de las condiciones del agua que puedan provocar emergencias más frecuentes y graves, como aguas pluviales o inundaciones, para que las comunidades puedan prepararse para garantizar la seguridad de las vidas y las propiedades locales.

Esta ciencia proporciona una mejor adaptabilidad al ser humano en el entorno donde habita, al comprender sus "ciclos hidrológicos", cómo funciona, cómo se producen estos, y cómo a través del sistema hidrológico, se puede aprovechar este valioso recurso a través de las "cuencas hidrográficas" donde se almacena este vital líquido.

¿Qué es la Hidrología?

La Hidrología es una ciencia que se encarga de estudiar todas las dinámicas del agua del planeta tierra, los océanos, la atmósfera y la superficie terrestre (escorrentía, precipitaciones,evapotranspiración, humedad del suelo y el equilibrio de las masas glaciares), es decir estudia las propiedades fisicas, quimicas y mecanicas del agua, su distribución, circulación y su flujo en todo el planeta.

Figura 1: Hidrología

Objetivos de estudio en la hidrología

• Entender los mecanismos y procesos del ciclo hidrológico (reservorios y flujos) y su interacción con la litósfera, atmósfera y biosfera.
• Profundizar conocimientos sobre el rol desempeñado por el agua dentro del planeta (Interacción Hidrósfera - Biósfera; Hidrósfera - Litósfera; Hidrósfera - Atmósfera).
• Cuantificar el impacto humano o antrópico pasado, presente y futuro sobre los recursos hídricos.
• Proveer elementos para desarrollar estrategias para el uso racional y protección del recurso agua, de los sistemas hidrológicos y de las condiciones ambientales asociadas.

Figura 2: Mediciones Hidrológicas

La hidrología actualmente en Proyectos de Ingeniería juega un papel fundamental en el uso de los recursos hidráulicos para el suministro de aguas en las ciudades y poblados, la disposiciones de las aguas servidas, el drenaje y la planificación civil para protección contra la posible acción de los fenómenos o desastres naturales que pudieran ocasionar los ríos o las lluvia, también el uso de recursos hidrológicos para la recreación (parques).

Clasificación de la hidrología

Hidrología cualitativa

Su énfasis está en la descripción de los procesos.

Por ejemplo en la determinación de las formas y causas que provocan la formación de un banco de arena en un río, estudio asociado al transporte sólido de los cursos de agua; o al análisis de la ocurrencia de condensaciones en determinados puntos de una carretera, que afectan la visibilidad y por lo tanto pueden aconsejar a cambiar el trazado de la misma.

Hidrología hidrométrica

La hidrología hidrométrica, o hidrometría, se centra en la medición de las variables hidrológicas. Se trata básicamente de trabajos de campo, donde el uso adecuado de los instrumentos de medición. La selección adecuada de los locales en los cuales las medidas son efectuadas y la correcta interpretación de los resultados es fundamental para la calidad de la información recabada, ayudando en su totalidad a poder calcular aspectos relacionados con cauces y las dependencias hidrológicas

Figura 3: Hidrometría

Hidrología cuantitativa

Estudia la distribución temporal de los recursos hídricos en una determinada cuenca hidrográfica. Los instrumentos más utilizados en esta rama de la hidrología son los instrumentos matemáticos, modelos estadísticos y modelos conceptuales.

Hidrología en tiempo real

Es la rama más reciente gracias a los avances tecnológicos, donde los sensores para mediciones de caudales, niveles, calidad del agua, entre otros, ubicados en varios puntos de una cuenca, transmiten en tiempo real los datos a una central operativa donde los datos son analizados para la toma de decisiones.

Figura 4: Monitoreo Hidrológico en tiempo real

Hidrología forestal

Es el estudio del ciclo hidrológico, es decir, la circulación del agua entre la Tierra y la atmósfera en los montes, bosques o demás áreas naturales.

Ramas de la hidrología

La hidrología comprende numerosas ramas especializadas:

1. Hidrometeorología
2. Oceanografía
3. Hidrología superficial
4. Limnología
5. Potamología
6. Hidrogeología
7. Criología

La hidrometeorología

Es una ciencia, encargada del estudio de los fenómenos atmosféricos, como la lluvia, el viento o los cambios drásticos en la temperatura, las propiedades de la atmósfera y principalmente la relación con el tiempo atmosférico y la superficie de los mares y la tierra.

Figura 5: Estación hidrometeorológica

La Hidrología tiene mucha relación con la climatología y la meteorología, ya que el agua es el principal causante de los cambios atmosféricos y por ende del clima.

Para mayor interés de la climatología visita el siguiente link (LP Climatología)

Oceanografía

Es una de las ramas de la geografía que estudia los lagos, ríos, océanos, mares y cualquier otra zona del mundo acuático de la tierra, investigando todo lo asociado a él: desde los procesos físicos, geológicos, biológicos y químicos que se origina en los mares y en los océanos. La oceanografía también es llamada de distintas formas como oceanología, ciencias del mar y ciencias marinas.

Figura 6: Oceanografía

Hidrología superficial

Se encarga del análisis de las aguas continentales. La hidrología superficial al mismo tiempo se divide en:

• Hidrología agrícola.
• Hidrología forestal.
• Hidrología urbana.
• Hidrología de regiones áridas y semiáridas.
• Hidrología de áreas pantanosas.
• Hidrología de control de crecientes o avenidas.

Limnología

Pertenece a una rama de la ecología que estudia todo lo relacionado con los ecosistemas acuáticos continentales, en otros términos, aquellos ecosistemas acuáticos localizados en continentes. Esta rama solo incluye los ríos, las lagunas, los lagos, marismas, charcas y estuarios, dejando aún lado los no continentales, por ejemplo los océanos y los mares.

Figura 7: Limnología

Potamología

Es la ciencia que se encargará del análisis de todo lo que los ríos se refiere, como por ejemplo su caudal, sus afluentes, su corriente y la importancia de éstos. La potamología es una rama interdisciplinaria de la geología.

Figura 8: Potamología

Hidrogeología

También conocida como una rama de la geología que estudia las aguas subterráneas con respecto a su circulación, su captación y condicionamiento geológico. La definición de hidrogeología indica que esta ciencia se encarga específicamente de la formación y el origen de las aguas subterráneas, su difusión, forma de yacimiento, régimen, movimiento y reservas, su estado (sólido,líquido y gaseoso) su interrelación con las rocas y los suelos y sus propiedades físicas, bacteriológicas, químicas y radiactivas

Figura 9: Hidrogeología

Criología

Es una rama de la hidrología que se encarga del estudio de la caracterización de las masas de hielo y nieve. La criología explora todos los fenómenos relacionados con las bajas temperaturas.

Figura 10: Criología

Importancia de la hidrología

Los recursos hídricos son fundamentales para el ser humano como fuente de agua potable y como recurso utilizado en la industria, y actualmente como fuente de energía hidráulica, mareomotriz etc. Por tanto la hidrología se ha convertido en la ciencia indispensable para proyectos civiles e industriales de la humanidad que facilitan el desarrollo.

Figura 11: Recursos hídricos para uso civil

Esta ciencia es indispensable para ramas como la climatología, la geología y la planificación urbana en las distintas ingenierías civiles, es por ello que es necesario conocer el comportamiento del agua en sus distintas etapas y condiciones a la hora de planificar actividades económicas o de diseñar estrategias medioambientales

Dentro de los principales usos de la hidrología, podemos encontrar:

• Realizar estudios de planeación para evitar inundaciones, delimitar zonas de riesgo y crear planes de contingencia.
• Definir las afectaciones de una modificación urbana en una cuenca hidrográfica y centros de población.
• Reconocer magnitud de escurrimientos superficiales.
• Regular caudales por cambios de uso de suelo.
• Diseñar obras hidráulicas, para estos estudios se utilizan modelos matemáticos que representan el comportamiento de toda la cuenca en estudio.
• El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de un río, arroyo, o de un lago es fundamental para poder establecer las áreas vulnerables a los eventos hidrometeorológicos extremos.
• Prever un correcto diseño de infraestructura vial, como caminos, carreteras, ferrocarriles, etc.

Aplicaciones de la hidrología

Posee numerosas aplicaciones en el mundo contemporáneo, la mayoría de las cuales tienen que ver con la comprensión física, química y mecánica del agua. Así, es posible emplear la hidrología en:

1. Ingeniería civil
2. Abastecimiento Urbano
3. Riego Agrícola
4. Diseño de plantas hidroeléctricas, undimotrices o semejantes
5. Control de Crecidas
6. Control de Erosión

Obras de ingeniería civil

El uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, pues estos son los que se orientan hacia los parámetros hidrológicos de diseño.

Algunos proyectos de ingeniería civil donde se aplica la hidrológicas son como:

Represas

Estructura que tiene como objetivo desviar o detener el agua, o ambas cosas, para aprovecharla o evitar que cause daños. Consiste en un dique o muro que se construye de manera perpendicular al cauce del río. El agua que desvía puede ser utilizada para riego, generación eléctrica, piscicultura, turismo, navegación, consumo industrial o humano. También se construyen a raíz de lluvias torrenciales para evitar inundaciones en las zonas cercanas a un río.

Figura 12: Hidrologia civil,Represas

Sistemas de alcantarillado

Sistema de red de alcantarillado creado con la función de evacuar el agua de las ciudades, ya sea precedente de los episodios de lluvias, o el agua residual generada por la actividad humana.

Figura 13: Hidrología civil, Sistema de alcantarillado

Embaulamiento de ríos

Es un tipo de obra que define el curso del río en sitios específicos, brindando seguridad a edificaciones y habitantes en los márgenes contiguos y dando continuidad a diferentes tipo de conducciones (eléctricas,telefónicas, agua potable y alcantarillado) como a los ejes viales que lo cruzan.

Figura 14: Hidrología civil, embaulamiento de ríos

Abastecimiento Urbano

Es el uso asociado a la satisfacción de los requerimientos futuros de demanda de agua para consumo doméstico, uso público, comercial, e industrial, principalmente. Una vez que se ha determinado el valor de la Demanda de agua, los métodos de la Hidrología permiten realizar el análisis de la fuente que va a suministrar. El estudio hidrológico incluye aquí el análisis de Caudales Medios y Mínimos en la fuente, entre otros.

Riego Agrícola

Mediante el aprovechamiento del agua se garantiza la oferta de agua necesaria en el suelo para garantizar el crecimiento de las plantas empleadas en la producción agrícola (consumo consuntivo). Los estudios hidrológicos en este uso se centran en el análisis del Clima, Evapotranspiración y Lluvia en períodos cortos.

Figura 15: Hidrología agrícola

Diseño de plantas hidroeléctricas, undimotrices o semejantes

Este es el caso en que se captan caudales de corrientes superficiales (ríos) y se aprovechan las diferencias de cota para generar energía eléctrica a través de la transformación de la energía hidráulica.

Para este tipo de Proyectos de Ingeniería Civil, los estudios hidrológicos determinan la capacidad que tiene la fuente para suministrar la demanda de energía, analizan las magnitudes de las crecientes que pueden atacar a las obras civiles y cuantifican los procesos de sedimentación y determinan las condiciones de la descarga.

Figura 16: Hidroeléctrica y energía undimotriz

Otro de los usos del agua es cuando se realizan obras de Protección, entre las que podríamos mencionar:

Control de Crecidas

Comprende las obras y acciones encaminadas a impedir los daños que ocasionan los desbordamientos de aguas en los ríos u otros cuerpos superficiales en centros urbanos, plantaciones, etc.

Figura 17: Control de crecidas e inundaciones

Control de Erosión

Consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en cauces como en el suelo. La Hidrología da a la Ingeniería civil los métodos que analizan los regímenes de caudales medios y extremos (máximos) de las corrientes de agua en los tramos de influencia de las obras viales, en las zonas que requieren de alcantarillados de aguas lluvias,mantos antideslizamiento, y en las zonas inundables adyacentes a los cauces.

Figura 18: Control de erosión

Equipos utilizados en la Hidrología

Los parámetros o elementos los cuales la Hidrología se enfoca para realizar sus estudios en las cuencas hidrológicas son el nivel de agua, caudal de agua y calidad del agua. Algunos de los equipo más utilizados para dicho propósito son:

Pozometros

Se utilizan para determinar el nivel del agua de forma rápida y precisa en aguas subterráneas. Consiste en una sonda entra en contacto con la superficie del agua, emite una señal acústica y luminosa y se puede leer la distancia entre el plano de referencia y la lámina de agua.

Figura 19: Pozometros para medición de nivel de agua

Molinetes de caudal

Instrumento usado para medir la velocidad del agua en un canal abierto, que puede variar desde una pequeña escorrentía, hasta una inundación en un río. El principio de funcionamiento se basa en la proporcionalidad entre la velocidad del agua y la velocidad angular resultante del rotor. La velocidad del agua se mide en diferentes puntos de la corriente poniendo el molinete y contando el número de revoluciones del rotor durante un intervalo de tiempo determinado.

Figura 20: Molinete y contador para medición de caudal

Figura 21: Medición de caudal en ríos

Radar de velocidad Superficial

El radar de velocidad superficial es utilizado para realizar mediciones sin contacto de la velocidad superficial del flujo en ríos, canales o tuberías cuando se necesitan datos fiables de forma constante y permanente, además de estar diseñados para soportar condiciones climáticas adversas

Figura 22: Medición superficial de canal

Sondas multiparamétricas (Calidad de agua)

Las sondas multiparamétricas son instrumentos que sirven para medir la calidad del agua en aguas superficiales y aguas subterráneas. Pueden equiparse de forma personalizada de acuerdo al parámetro que se desea medir.

Es decir, adaptada a las necesidades de la revisión hidrológica de variables como: Temperatura, Conductividad, pH/ORP, Oxígeno Disuelto (LDO), Turbidez, Profundidad,Clorofila a, Algas verde-azuladas/Cianobacterias, Rodamina, amonio, Nitrato, Cloruro entre otros.

Figura 23: Medición de calidad de agua con sondas

Gracias a los avances de la electrónica y las telecomunicaciones actualmente existen diversidad de equipos que pueden ser instalados en cualquier cuenca hidrológicas y que pueden tanto registrar cómo comunicar en tiempo real los parámetros hidrológicos a centros de investigación y control donde los investigadores puedan realizar sus estudios sin tener que tomar mediciones físicas en sitio.

Figura 24: Centro de investigación hidrológicos

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Conclusiones, soluciones, Advance

Comentarios del autor

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• Gutiérrez C. (2014) Hidrologia basica y aplicada
• Villon M.(2002) Hidrología. Instituto Tecnológico de Costa Rica