Introducción a la Hidrología
La hidrología es la ciencia que se encarga de comprender el ciclo hidrológico, sus procesos e interacciones superficiales y subsuperficiales. Se enfoca en desarrollar métodos y técnicas para medir caudales y precipitaciones.
Modelos Hidrológicos
Los modelos hidrológicos son herramientas utilizadas para comprender los componentes del ciclo hidrológico, incluyendo la infiltración, la percolación profunda, el flujo subsuperficial y el flujo subterráneo.
¿Qué es una cuenca hidrográfica?
Una cuenca hidrográfica es una depresión en terrenos más altos donde el agua desemboca en un mar, río, laguna, océano u otro cuerpo de agua.
¿Qué es un hidrograma?
Un hidrograma muestra las variaciones de temperatura en el agua, los sedimentos y los niveles de precipitación. Permite observar las cantidades máximas y mínimas de precipitación, lo que ayuda a comprender los procesos hidrológicos en un área.
Usos de los Modelos Hidrológicos
Los modelos hidrológicos son una herramienta esencial para mejorar la función y el comportamiento de los componentes del ciclo hidrológico. Se utilizan para:
- Gestión y planificación de recursos hídricos
- Comprensión de los componentes del ciclo hidrológico
- Evaluación ambiental
- Información base sobre precipitaciones, inundaciones, volumen de agua
- Moderación de procesos como la erosión
Modelos de Calidad del Agua
¿Cuándo se considera un cuerpo de agua contaminado?
Se utilizan modelos matemáticos para predecir la conducción de sustancias vertidas en el agua. Estas herramientas ayudan a conservar la calidad del agua en el medio ambiente.
Parámetros básicos para el análisis de la calidad del agua
- pH
- Conductividad
- Turbiedad
- Cloro residual
- Coliformes termoresistentes
Utilidad de los Modelos de Calidad del Agua
Utilidad Predictiva
- Evaluación del impacto de las decisiones de manejo en cuencas
- Predicción de la evolución de la calidad del agua bajo diferentes escenarios de desarrollo: a medida que aumentan los niveles de desarrollo, se utilizan más recursos hídricos, lo que genera más vertidos de efluentes y una mayor degradación de la calidad del agua.
- El deterioro de la calidad del agua es el resultado de políticas de desarrollo y control deficientes. Las simulaciones pueden predecir los efectos de estas políticas.
Utilidad como Herramienta de Planificación
- Establecimiento de objetivos de calidad ambiental: una política de recursos hídricos debe establecer objetivos de calidad para mantener el recurso con parámetros establecidos.
- El problema surge porque el establecimiento de estos objetivos está vinculado a los costos asociados y a los mecanismos de control (ambientes, laboratorio, técnicos, muestreos, mantenimiento).
- Distribución de costos ambientales asociados al efecto de diferentes descargas.
Utilidad como Conceptualización de Problemas Complejos
Los modelos matemáticos construidos, calibrados y validados brindan una comprensión integral de los procesos del agua. Esta comprensión es crucial para tomar decisiones rápidas para gestionar los recursos, especialmente en situaciones de emergencia.
Otros Usos: Evaluación de Riesgos
Las descargas accidentales ocurren cuando existe la posibilidad de daños accidentales, como colapso de obras, control de flujo inadecuado, transporte sistémico de sustancias contaminantes o líneas de transporte contaminadas.
Calibración y Validación de Modelos
Calibración de un Modelo
El proceso de toma de datos según el objetivo del estudio, necesitando trabajo de campo, ya que las variables tienen datos desconocidos.
Validación de un Modelo
Después de calibrar los resultados del modelo, el proceso de validación implica compararlos con el estudio real, considerando bases teóricas y técnicas, asegurando que los resultados sean coherentes con el estudio y sus variables.
Modelación de Cuencas
Los modelos de cuencas reflejan una comprensión del sistema basada en datos de entrada y salida. La capacidad de construcción, aplicación y comprensión de los procesos es fundamental.
Sistema Hidrológico de una Cuenca
Un sistema de cuenca hidrológica es un conjunto de componentes interrelacionados que trabajan juntos para lograr un objetivo específico. El ciclo hidrológico es un sistema complejo de precipitación, evaporación, escorrentía superficial, condensación y filtraciones. Estos componentes pueden agruparse como subsistemas según el objetivo del estudio.
Procesos Hidrológicos en una Cuenca
La precipitación varía en espacio y tiempo, especialmente la precipitación diurna y nocturna. No es estacionaria, viéndose afectada por la periodicidad y las tendencias, y puede variar en función del área y el tiempo.
Nota
Un modelo de cuenca debe presentar un equilibrio entre complejidad y exactitud, basado en la comprensión del sistema y el manejo de la interpretación.
Clasificación de Modelos Hidrológicos
- De acuerdo a su conceptualización
- De acuerdo a su representación espacial
1. De acuerdo a su conceptualización
Modelo Caja Negra
Existe una relación entre entradas y salidas, se basan en la relación de entrada y salida sin descripción del comportamiento causado por procesos individuales exteriores. Ejemplos: método racional, curva número, método Kostiakov-Lewis, Green-Ampt (estimación de infiltración).
Modelo Caja Blanca
Todos los procesos de transformación están sustentados en ecuaciones físicas, por lo que no es necesario realizar calibraciones. Ejemplos: modelo Topkapi (distribución de una cuenca mediante grillas), modelo Topmodel (lluvia, escorrentía).
Modelo Caja Gris (Conceptuales)
Los modelos funcionan con ciertos parámetros, considerados leyes físicas simplificadas en función del objetivo del estudio. Ejemplos: modelo ABC (relacionar la precipitación, evapotranspiración y almacenamiento de aguas subterráneas), modelo HBV (balance hídrico pluvial).
2. De acuerdo a su representación espacial
La modelación hidrológica tiene una principal limitación en el descubrimiento de las propiedades del suelo y los procesos en los flujos subsuperficiales y subterráneos. Esta información es valiosa al considerar una cuenca reducida y homogénea, ya que no considera las propiedades del suelo cuando es pequeño. Los modelos agregados son aquellos con cavidades homogéneas de volumen reducido.
Modelo Semi-Distribuidos
Son modelos de cuencas de dimensiones amplias, las mismas se deben trabajar por segmentos para posteriormente combinarlas.
Modelo Distribuidos
Son modelos representados por grillas, cada una de ellas contiene información para una mayor representatividad.