UNIVERSIDAD NACIONAL DE

MOQUEGUA

CURSO DE EVALUACIÓN DE HIDROLOGIA

CICLO DE VERANO – V SEMESTRE

COMPILADO POR:

ING. MARCO ALEXIS VERA ZÚÑIGACIP. 39486

ILO - PERÚ2014

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INTRODUCCIÓN

El desarrollo del curso de Hidrología, es orientar al estudiante de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Moquegua, sobre los conocimientos y su apl icac ión de los aspectos, fundamentos, principios y aplicaciones de la hidrología.

La programación del cusros de hidrologóa se ha establecido tres Unidades de estudio: la primera relacionada a los Aspectos generales; la segunda al estudio y análisis de los disfrentes aspectos hidrológicos y la tercara al conocimiento de las Cuencas y su delimitación.

En la primera Unidad, se tocan los Aspectos Generales a la introducción de la Hidrología y su relación con otras ciencias, asi como al estudio del ciclo hidrológico, el análisis meteorológico, el análisis de consistencia de caudales y finalmente el balance hídrico.

La segunda unidad, abarca los temas relacionados s los estudios hidrológicos en proyectos de ingeniería, medición de caudales (aforos) y la selección de sitios para su aplicación; así mismo el estudio de métodos de aforo, considerando la relación sección pendiente, relación sección velocidad, culminando la presente unidad con el estudio métodos hidrológicos para el cálculo de crecidad y la elaboración de hidrogramas de frecuencia.

La tercera unidad y última, se relaciona específicamente al estudio de cuencas hidrográficas del perú, sus características fisiográficas, geomorfología de los cursos de agua, así como el establecimiento de un sistemE de gestión de cuencas y de recursos hídricos.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

La hidrología estudia la ocurrencia, distribución movimiento y características del agua en la tierra y su relación con el medio ambiente. Desde sus inicios hasta la fecha, la hidrología ha evolucionados de una curiosidad meramente filosófica hasta convertirse en una disciplina científica que forma parte de las llamadas ciencias de la tierra como lo son la geología, la climatología, la meteorología y la oceanografía.

Los filósofos de la antigüedad centraron su atención en la naturaleza de los procesos generadores de corrientes superficiales y en otros fenómenos relacionados al origen y ocurrencia del agua en sus diversos estados. Homero, el filósofo griego, creía en la ocurrencia de grandes depósitos de agua subterránea que alimentaban los ríos, manantiales, lagos, mares y pozos profundos.

Hacia fines del siglo V, se generó en Europa una tendencia científica, basada más en la observación que en el razonamiento filosófico. Leonardo da Vinci y Bernard Palisi arribaron independientemente a una descripción precisa del ciclo hidrológico basando sus teorías en observaciones de fenómenos naturales como la lluvia, la evaporación, la infiltración y el escurrimiento.

La hidrología como ciencia moderna se origina con los estudios pioneros

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de Perrault, Mariotte y Halley en el siglo XVII. Perrault con datos de precipitación y escurrimiento de la cuenca de drenaje del Río Sena demostró que los volúmenes de lluvia eran suficientes para mantener el flujo en el río. También logró medir la evaporación y la capilaridad de los suelos. Mariotte midió la velocidad del flujo en el Río Sena, la cual fue después transformada a caudal introduciendo mediciones de la sección transversal del río. El astrónomo inglés Halley midió la taza de evaporación del mar Mediterráneo y concluyó que el volumen evaporado era suficiente para sustentar el flujo en todos los ríos tributarios a dicho mar. Estas observaciones, aunque un tanto rudimentarias debido a la falta de instrumentos de medición precisos, permitieron conclusiones confiables acerca de los fenómenos hidrológicos.

En el siglo XVIII se lograron notables avances en la teoría Hidráulica e instrumentación. El Piezómetro, el Tubo Pitot, el teorema de Bernoulli y la formula de Darcy son tan solo algunos ejemplos.

Durante el siglo XIX la hidrología instrumental floreció. Avances significativos se lograron en la hidrología del agua subterránea y en la medición de caudales de agua superficial. Se desarrollaron la ecuación de flujo capilar de Hagen-Poiseuille, la ley del flujo en medios porosos de Darcy y la fórmula de Dupuit-Thiem para pozos. Los inicios de la medición sistemática de corrientes también se atribuyen a este siglo.

Aunque las bases de hidrología moderna ya estaban establecidas en el siglo XIX, mucho del trabajo desarrollado era de naturaleza empírica. Los fundamentos de la hidrología física aun no estaban bien definidos o ampliamente reconocidos y las limitaciones de varias formulaciones eran evidentes. Por tal motivo, varias agencias de los gobiernos de diferentes países implementaron programas propios de investigación hidrológica. De 1930 a 1950 procedimientos racionales fueron remplazando formulaciones empíricas. El concepto de hidrograma unitario desarrollado por Sherman, la teoría de infiltración de Horton y el concepto de no equilibrio de Thies para hidráulica de pozos son algunos ejemplos sobresalientes del gran progreso logrado.

Desde 1950 a la fecha el planteamiento científico de los problemas hidrológicos ha reemplazado los métodos menos complicados del pasado. Los avances en el conocimiento científico han permitido un mejor entendimiento de los principios físicos de las relaciones hidrológicas y el desarrollo de herramientas poderosas de cálculo han hecho posible el desarrollo de modelos sofisticados de simulación

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FUNDAMENTOS BÁSICOS

DEFINICIÓN

La Hidrología, según Dingman (1994), es “La ciencia que se enfoca al ciclo hidrológico global y a los procesos involucrados en la parte continental de dicho ciclo, es decir, es la geociencia que describe y predice:

Las variaciones espaciales y temporales del agua en las etapas terrestre, oceánica y atmosférica del sistema hídrico global y;

El movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre, incluyendo los procesos químicos, físicos y biológicos que tienen lugar a lo largo de su trayectoria”.

OBJETIVOS

En general los objetivos de la Hidrología son: Adquirir los conocimientos teóricos básicos de los fenómenos hidrológicos,

para resolver los problemas que en este campo se presenten en nuestro país;

Conocer la cantidad, frecuencia y naturaleza de ocurrencia del proceso lluvia-escurrimiento sobre la superficie terrestre y;

Determinar eventos de diseño, a partir de los datos hidrológicos de los diferentes fenómenos hidrológicos que son registrados en las redes de medición.

HIDROLOGÍA APLICADA: Incluye las áreas de la Hidrología relacionadas al diseño y operación de proyectos de ingeniería para la gestión, uso y conservación del recurso hídrico

APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA

- Diseño y operación de embalses- Abastecimiento de agua a poblaciones- Irrigación- Generación de Energía Eléctrica- Obras de drenaje- Control de inundaciones- Erosión y control de sedimentos- Estudio de la calidad del recurso hídrico

Protección de los ecosistemas

EL AGUA Y SU UTILIZACIÓN.

Es de conocimiento general que el agua es un compuesto vital, así como el más abundante sobre la tierra, pero realmente desconocemos hasta que punto es importante este líquido.

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Sin duda influye el saber que tan abundante es, para que descuidemos por esto su valor, al referirnos al agua como un elemento vital, nos basamos en que realmente no existiría la vida en la tierra sin agua, ya que cualquier ser viviente en su constitución tiene un considerable porcentaje de agua para poder seguir realizando sus funciones, y citaremos los siguientes ejemplos; los seres humanos necesitan un 97% de agua para mantener la vida en estado embrionario y de 58% a 67% ya siendo adulto, en los vegetales es del 75% al 95% de su peso total, como en el caso del tomate que contiene 95% de agua, y en los animales varía de 60% a 70% de su peso corporal.

Los valores volumétricos estimados para diferentes elementos o componentes del ciclo hidrológico se presentan en la tabla 1.1.

En la tabla 2, se presentan las estimaciones del balance hidrológico global anual tanto para el océano como para el continente.

Tabla 1: Volúmenes globales estimados de almacenamientoComponente Área, en 106

km2Volumen, en

km3Porcentaje

del total (%)Agua dulce

(%)

Océanos 361.3 1 338 000 000 96.50

Agua Subterránea- Agua dulce- Agua salada

134.8134.8

10 530 00012 870 000

0.760.93

30.10

Humedad del suelo 82.0 16 500 0.0012 0.05Hielo polar 16.0 24 023 500 1.70 68.60Otros tipos de hielo y nieve 0.3 340 600 0.025 1.00

Lagos- Agua dulce- Agua salada

1.20.8

91 00085 400

0.0070.006

0.26

Humedales 2.7 11 470 0.0008 0.03Ríos 148.8 2 120 0.0002 0.006Agua biológica 510.0 1 120 0.0001 0.003Agua atmosférica 510.0 12 900 0.001 0.04Total 510.0 1 385 984 610 100.00Total agua dulce 148.8 35 029 210 2.50 100.00

Fuente: Chow et al (1988)

CICLO HIDROLÓGICO

El ciclo hidrológico es un proceso continuo de movimiento de agua de los océanos a la atmósfera, a la tierra y nuevamente al mar. Dentro de este proceso existen varios subciclos. La evaporación de cuerpos de agua continentales y la subsecuente precipitación sobre el suelo antes de regresar al mar es un ejemplo de esto.

Fig. 1: Esquema del ciclo hidrológico

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La fuerza generadora del movimiento global de masas de agua es el sol que produce la energía necesaria para la evaporación. Durante este proceso varios cambios se producen la disponibilidad y localización del agua. La calidad del agua también se ve afectada por este proceso ya que, por ejemplo, al evaporarse del mar se convierte de agua salada en dulce.

El ciclo completo del agua es de naturaleza global y se requieren estudios en planos regionales, nacionales, internacionales e incluso continentales. El agua que fluye hacia una región no puede estar disponible en cantidad y calidad al mismo tiempo en otra región del mundo. Nace [1967] atinadamente señala que la disposición de recursos hidráulicos constituye un problema de naturaleza global con raíces locales.

CONCEPTO DE SISTEMA HIDROLÓGICO

El ciclo hidrológico puede representarse como un sistema cuyos componentes principales son la precipitación, la evaporación y el escurrimiento. Para su análisis puede dividirse en subsistemas, estudiarlos por separado y combinar luego los resultados de acuerdo a las interacciones entre ellos.

El ciclo hidrológico está compuesto por diferentes variables, las cuales se relacionan entre sí por medio de los procesos hidrológicos. En general, se entiende por proceso a una serie de acciones que producen un cambio o desarrollo en un sistema y para el caso particular de la Hidrología, los procesos están asociados con aquellos fenómenos que intervienen tanto en el movimiento del agua como en los cambios que sufre ésta en sus características físicas, químicas y biológicas al desplazarse por diversos medios.

El ciclo hidrológico se puede representar como un sistema, es decir, como una estructura o volumen en el espacio, delimitada por una frontera, cuyos

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componentes internos interactúan entre sí o con otros sistemas adyacentes (Chow et al, 1988). Los componentes del sistema serán las variables hidrológicas y los procesos que las relacionan entre sí; los sistemas adyacentes serán aquellos que tienen como límites comunes las capas altas de la atmósfera y los sistemas geológicos profundos.

Al considerar una escala a nivel planeta, el ciclo hidrológico se denomina global. Este sistema global se puede subdividir en tres: en un subsistema atmosférico, en un subsistema de agua superficial y en un subsistema de agua subterránea.

En cada subsistema se presentará una capacidad de retención de volúmenes de agua, en cualquiera de sus fases, durante un determinado intervalo de tiempo. La capacidad de retención en un medio también recibe el nombre de almacenamiento y el intervalo de tiempo que permanece un volumen recibe el nombre de tiempo de residencia.

1.- Subsistema atmosférico

Este subsistema se abastece de la evaporación (fenómeno que se origina por la incidencia de la energía proveniente del Sol y de la atmósfera alta), es decir, de los volúmenes de vapor de agua que llegan a la atmósfera desde la superficie del océano y/o desde la superficie del terreno; en este último caso, si existe una cubierta vegetal, se presenta el efecto combinado que recibe el nombre de evapotranspiración.

El vapor de agua podrá ser desplazado por los procesos de circulación atmosférica a otras regiones geográficas donde, si se presentan las condiciones adecuadas, abandonará el subsistema atmosférico al cambiar de fase a través de la precipitación, es decir, se transformará en lluvia, nieve, hielo, rocío, etc.

Esta precipitación podrá tener lugar tanto en la superficie del océano como en el continente y, en algunas situaciones, el agua precipitada no se incorporará a ningún

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proceso de los subsistemas de agua superficial y subterránea, regresando a la atmósfera; a esta variable se le da el nombre de intercepción o pérdidas .

2.- Subsistema del agua superficial

Para este subsistema la precipitación se considera como una entrada. Una vez eliminada el agua interceptada, el volumen restante se transformará en escurrimiento sobre la superficie del terreno, el cual a su vez llegará al sistema de drenaje del área de captación para formar el escurrimiento superficial; parte de estos escurrimientos saldrán del subsistema como infiltración al subsistema subterráneo o bien como escurrimiento por medio de los sistemas de drenaje regionales que finalmente llegan al océano.

3.- Subsistema del agua subterránea

La entrada a este subsistema proviene básicamente de la infiltración. Parte del volumen infiltrado al subsuelo percola a mayor profundidad, llegando al almacenamiento del agua subterránea; la otra parte se almacena en la región intermedia entre la superficie del terreno y el almacenamiento de agua subterránea de mayor profundidad. En las dos zonas mencionadas del subsuelo tiene lugar el desplazamiento del agua: en el primer caso, se trata del flujo subterráneo , y en el segundo caso se trata del flujo subsuperficial .

El flujo subterráneo puede abarcar grandes extensiones y actuar como una salida del agua subterránea al océano o a otros sistemas regionales.

El flujo subsuperficial es generalmente local y es un proceso importante entre diferentes variables dentro del subsistema; este flujo también se puede convertir en una salida del subsistema por medio de la evapotranspiración.

BALANCE HIDRICO DEL AGUA

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

El balance hídrico se establece para un lugar y un período dados, por comparación entre los aportes y las pérdidas de agua en ese lugar y para ese período. Se tienen también en cuenta la constitución de reservas y las extracciones ulteriores sobre esas reservas. Las aportaciones de agua se efectúan gracias a las precipitaciones. Las pérdidas se deben esencialmente a la combinación de la evaporación y la transpiración de las plantas, lo cual se designa bajo el término evapotranspiración. Las dos magnitudes se evalúan en cantidad de agua por unidad de superficie, pero se traducen generalmente en alturas de agua; la unidad más utilizada es el milímetro. Al ser estas dos magnitudes físicamente homogéneas, se las puede comparar calculando, ya sea su diferencia (precipitaciones menos evaporación), ya sea su relación (precipitaciones sobre evaporación). El balance es evidentemente positivo cuando la diferencia es positiva o cuando la relación es superior a uno. Se elige una u otra expresión en función de comodidades o de obstáculos diversos.

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DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CICLO DEL AGUA QUE PARTICIPAN DEL BALANCE HIDRICO

El objeto de la hidrología es formular balances de agua en regiones sobre la superficie y subsuperficie de la tierra:

La atmósfera es una condició de borde a través de la cual realiza intercambio de agua:

Sobre el suelo precipita agua (lluvia, nieve, granizo, escarcha, rocío, etc.).

El suelo y la vegetación evapotranspira, aportando humedad a la atmósfera.

Sobre la superficie del terreno, a través de la frontera que delimita la región, se tiene un intercambio de escurrimiento (entradas y salidas)

Cuando la frontera sólo tiene un punto de intercambio, la salida en el punto más bajo del terreno, a la región se le define como cuenca.

En la superficie del suelo el agua se encuentra almacenada en: embalses, lagos, pantanos, bañados, charcos, ríos, arroyos, etc.

Parte del agua de la superficie del suelo se infiltra: En la zona superior el agua se encuentra en forma no saturada

(humedad del suelo : H). Parte de agua infiltrada percola hacia la zona inferior en la que el suelo

está saturado de agua (formando el acuífero que es delimitado en la parte superior por la superficiefreática).

·Cuando el nivel freático está por encima del nivel del terreno el acuífero

realiza un aporte al escurrimiento superficial (FlujoBase).

ANALISIS DE CONSISTENCIA DE DATOS

CONSISTENCIA: Los registros de una estación son consistentes cuando han sido tomados todos bajo los mismos procedimientos y condiciones.

Análisis de consistencia de datos: Los datos pluviométricos a nivel mensual, se procesan para determinar su confiabilidad y consistencia, comprende la elaboración de tablas con valores promedios a nivel mensual y anual, la construcción de histogramas, curvas de doble masa y pruebas estadísticas, con el fin de identificar y si es necesario cuantificar inconsistencias, saltos o tendencias de los datos.

En la realización de estudios, el método mas utilizado es el método de doble masa. Una vez comprobada la consistencia del registro, es necesario completar los datos faltantes por medio de métodos estadísticos – matemáticos. Dentro de los métodos estadísticos se encuentra los modelos de regresión lineal simple y múltiple.

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FENOMENOS METEOROLOGICOS

SISTEMAS METEOROLOGICOS DE PEQUEÑA ESCALA

Si la extensión de los cambios está comprendida entre algunas decenas de metros hasta alrededor de 100 km, se dice que el sistema es de pequeña escala. Uno de los fenómenos principales en esta escala es el de la formación de nubes del tipo cúmulus; dentro de éstas, destaca la denominada cumulonimbus, que se asocia con las tormentas que ocurren comúnmente en casi todo el territorio nacional, y que dependiendo de las condiciones físicas en su formación, se pueden presentar diferentes fenómenos meteorológicos como la lluvia, el granizo, la nieve, tornados rayos y los truenos.

Las nubes Se forma por el enfriamiento del aire. Esto provoca la condensación del vapor de agua invisible, en gotitas o partículas de hielo visibles. Las partículas son tan pequeñas que las sostienen en el aire corrientes verticales leves.

Las diferencias entre formaciones nubosas se deben, en parte, a las diferentes temperaturas de condensación. Cuando se produce a temperaturas inferiores a la de congelación, las nubes suelen estar formadas por cristales de hielo; sin embargo, las que se forman en aire más cálido suelen contener gotitas de

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agua.

Tipos de nubes

El esquema evolutivo de un cumulonimbo se puede dividir en tres etapas: cúmulo, madurez y disipación.

En la etapa cúmulo, se desarrolla una celda donde el aire se desplaza en forma vertical, debido a un intenso calentamiento de la superficie o a la presencia de una barrera orográfica. La altura que puede alcanzar el aire desplazado es aproximadamente 7 500 m. Al mismo tiempo se forman corrientes horizontales que son las que abastecen de aire húmedo el interior de la celda formada; asimismo, las temperaturas en el interior son mayores que las del aire circundante.

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En un intervalo de entre 10 y 15 minutos, el número y tamaño de las gotas de agua aumenta, alcanzando una situación en la que es posible el inicio de la precipitación; ésta es la etapa madura de la tormenta, y se desarrollan fuertes corrientes verticales descendentes que favorecen el enfriamiento del aire, sobre todo en las partes bajas de la celda.

La última etapa corresponde a la disipación y su característica principal es la predominancia de la corriente vertical descendente, sobre la ascendente, hasta que ambas cesan por el aumento de la temperatura, con el eventual término de la precipitación.

Los tornados son torbellinos largos y esbeltos con una duración de unos cuantos minutos y velocidades de vientos de entre 500 y 600 km/h) unidos a una nube; en la parte central del torbellino se presentan presiones bajas que hacen que el aire circule hacia adentro y en forma ascendente

Las trombas se forman de una manera similar a los tornados, pero con una intensidad menor; sin embargo, la gran cantidad de agua precipitada en una pequeña superficie es lo que hace tan temible a este fenómeno

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La lluvia, el granizo y la nieve se forman dentro de la misma tormenta. El que las gotas de lluvia se desplacen hacia la superficie, tiene que ver con el tamaño; en el caso del granizo, los cristales de hielo son arrastrados por las fuertes corrientes verticales ascendentes, provocando con ello, un aumento de tamaño por la colisión con otros núcleos, hasta que el peso es tal que la atracción gravitacional es mayor que el empuje por la influencia de la corriente ascendente. En el caso de la nieve, los copos nacen cuando las gotas de agua atraviesan una capa de aire frío que presenta una temperatura por debajo de los 0° C y se encuentra cercana a la superficie del terreno.

Los rayos también tienen lugar en el proceso evolutivo de una nube. Son impronosticables y con periodos de vida de unos cuantos segundos. El rayo es cuando la chispa eléctrica llega a la tierra, en cambio el relámpago es cuando la chispa va de una nube a otra nube, o de la parte alta a la parte baja de la misma nube. El trueno son las ondas sonoras que se propogan a la velocidad del sonido (3000 m/seg.

SISTEMAS METEOROLOGICOS DE GRAN ESCALA EN LATITUDES MEDIAS

Las latitudes medias o templadas son aquellas que se encuentran acotadas por los trópicos y los círculos polares ártico y antártico. En estas zonas, la interacción entre masas de aire de diferentes condiciones da lugar a fenómenos que abarcan extensas regiones de la superficie terrestre (de algunos cientos de miles de kilómetros), denominados frentes.

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Uno de los efectos de los sistemas meteorológicos de gran escala es la creación de depresiones en áreas localizadas que reciben el nombre de ciclones extratropicales. Estos se deben básicamente a las condiciones contrastantes de las masas, las cuales adquieren sus propiedades de la superficie sobre la cual se desplazan

SISTEMAS METEOROLOGICOS DE GRAN ESCALA EN LATITUDES BAJAS

En las latitudes bajas se presenta una zona denominada de convergencia intertropical, que rodea a la Tierra, abarcando una franja que se mueve estacionalmente de un hemisferio al otro alrededor del Ecuador. La precipitación en esta zona es intensa en la mayor parte del año

Además de esta zona de convergencia, existen otros puntos en los océanos Pacífico y Atlántico, entre los 5° y los 20° de latitud, menos extensos pero muy importantes, ya que es ahí donde se forman los ciclones, las tormentas y las depresiones tropicales. Este tipo de ciclones no se forma por la creación de frentes, sino por los movimientos horizontales y verticales que se generan en las zonas de convergencia.

Aunque los

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ciclones tropicales se forman en latitudes bajas, estos se desplazan en dirección de los polos, de modo que su influencia alcanza las latitudes medias. Otros fenómenos que tiene una estrecha relación con las latitudes bajas y que sus efectos abarcan prácticamente la totalidad de la Tierra son El Niño y la oscilación del sur, ENOS (ENSO por sus siglas en inglés). Se trata de una anomalía climática que es consecuencia de otra anomalía distante; a esta característica también se le conoce como teleconexión.

El Niño se refiere a la ocurrencia de temperaturas anormalmente altas en la superficie del océano, cerca de las costas peruanas.

Las corrientes marinas son movimientos de masas de agua marina en un sentido determinado, producido por factores diversos, como la acción del viento, de las mareas y de las diferencias de densidad (temperatura, salinidad, etc.) de 2 masas de agua

ELEMENTOS CLIMATOLÓGICOS

Para caracterizar a la atmósfera, sobre todo en la parte cercana a la superficie del terreno, se utilizan elementos tales cómo la temperatura del aire, el contenido de humedad, el viento, la presión, la precipitación, la nubosidad, la insolación, la radiación y la evaporación, por mencionar sólo algunos de los más utilizados por ingenieros y científicos.

Los elementos atmosféricos pueden ser analizados en su variación diaria, que es la materia sobre la cual versa la meteorología, o como valores representativos de una región particular asociados a periodos de tiempo que abarquen de 20 años o más, que es la materia de la cual se encarga la climatología

Temperatura. Es una medida del movimiento de traslación medio de las moléculas de un sistema, que en nuestro caso se trata del aire.

Para evitar perturbaciones por la incidencia directa de los rayos solares sobre los termómetros, se colocan dentro de un abrigo meteorológico, que permite el paso del aire a través de unas rendijas que forman parte de las paredes. Los valores máximos suelen ocurrir después del mediodía y los mínimos en la madrugada.

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Humedad relativa. El contenido de humedad en la atmósfera se caracteriza a través del parámetro humedad relativa, el cual se define como la relación de la densidad del vapor de agua en un volumen de aire dividido por la densidad de vapor de agua en condiciones de saturación (Byers, 1974).

Viento. Se genera cuando existen diferencias de temperatura en puntos geográficos cercanos o por cambios en la presión atmosférica. Las montañas se enfrían más rápidamente que las partes bajas que las rodean, de modo que en la noche los vientos mostrarán una dirección descendente; en la mañana, la situación cambiará, de modo que al recibir primero los rayos solares las partes altas, se provocarán vientos con dirección ascendente.

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Presión barométrica o atmosférica. Es uno de los elementos más importantes de la meteorología y en el pronóstico del tiempo atmosférico se utilizan cartas donde se configuran los isovalores de presión, definiendo así los lugares donde se forman las zonas de ciclón y anticiclón, así como los frentes.

En la actualidad, las imágenes de satélite son un apoyo fundamental en el pronóstico del tiempo.

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2da UNIDADLEY DE DARCY

Ley de Darcy

El principio básico que rige el movimiento de agua en el seno del acuífero es la ley de Darcy, que establece que el flujo a través de un medio poroso es proporcional a la pérdida de carga, a la sección considerada y la conductividad hidráulica, según la ecuación.

Q = k S h/L

Donde:Q = caudal de aguaS = sección de flujok = conductividad hidráulica, una medida de la capacidad del medio poroso para transmitir aguah/L = pérdida de carga

En consecuencia, la velocidad de flujo será v = k i, que es conocida como velocidad de Darcy, que asume que el flujo tiene lugar a través de toda la sección considerada, pero realmente el flujo sólo tiene lugar por los espacios porosos, por lo que la velocidad real (velocidad intersticial) será: V = v/n, en donde n es la porosidad eficaz.

En la figura siguiente se observa que entre los puntos 1 y 2, en la dirección del flujo, hay una pérdida de carga (h), de forma que la expresión de Darcy queda:

Q = K A Dh/L = K A i

siendo i el gradiente hidráulico.

Permeabilidad

Volumen de agua gravífica que percola durante la unidad de tiempo a través de la unidad de superficie de una sección de terreno bajo un gradiente hidraúlico igual a la unidad.

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k = f (d, s, m, T )d = diámetro de los granoss = superficie de los granosm = porosidadT = temperatura

Valores normales en terrenos naturales son ( en m/día):

Grava limpia 1000Arena gruesa limpia 1000 a 10Arena fina 5 a 1Arena limosa 2 a 0,1Limo 0,5 a 0,001Arcilla < 0,001

Estos valores se refieren a permeabilidad horizontal. La permeabilidad vertical suele ser entre 2 y 20 veces menor.

El grado de compactación puede afectar notablemente al valor de la permeabilidad, sobre todo en los materiales más finos.

Gradiente hidráulico

En la figura siguiente se indica que el potencial (h) de agua en un cierto punto es la suma de la carga hidráulica (P/) y de la altura de elevación (z). La energía en el punto A es la resultante de esas dos fuerzas, ya que la energía ligada a la velocidad del agua (cinética) puede despreciarse. En cualquier otro punto de la vertical de A varían z y P/pero la suma (h) permanece constante. Esa línea vertical se denomina, por tanto, línea equipotencial.

Si consideramos ahora dos puntos en un cierto acuífero:

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El flujo del agua se dirige de la línea equipotencial 1 a la línea equipotencial 2 y perpendicularmente a las mismas. El gradiente hidráulico está definido por:

i = dh / L

que viene a significar la pendiente de la superficie piezométrica entre los puntos 1 y 2.

En muchos casos, las líneas equipotenciales no son verticales, es decir, que el flujo no es horizontal.

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INFILTRACION DEL AGUA

La infiltración es el movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo. La infiltración es un proceso de gran importancia económica, es vista por el ingeniero como un proceso de pérdida y por el agricultor como una ganancia. Del agua infiltrada se proveen casi todas las plantas terrestres y muchos animales; alimenta al agua subterránea y a la vez a la mayoría de las corrientes en el período de estiaje; reduce las inundaciones y la erosión del suelo.

En el proceso de infiltración se pueden distinguir tres fases:

a) Intercambio. Se presenta en la parte superior del suelo, donde el agua puede retornar a la atmósfera por medio de la evaporación debido al movimiento capilar o por medio de la transpiración de las plantas.

b) Transmisión. Ocurre cuando la acción de la gravedad supera a la de la capilaridad y obliga al agua a deslizarse verticalmente hasta encontrar una capa impermeable.

c) Circulación. Se presenta cuando el agua se acumula en el subsuelo debido a la presencia de una capa impermeable y empieza a circular por la acción de la gravedad, obedeciendo las leyes del escurrimiento subterráneo.

CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN

Es la cantidad máxima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo. Se mide por la altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora.

La capacidad de infiltración disminuye hasta alcanzar un valor casi constante a medida que la precipitación se prolonga, y es entonces cuando empieza el escurrimiento. A la lluvia que es superior a la capacidad de infiltración se le denomina lluvia neta (es la que escurre). A la lluvia que cae en el tiempo en que hay lluvia neta se le llama lluvia eficaz, por lo tanto, la lluvia neta equivale a la lluvia eficaz.

Factores que intervienen en la capacidad de infiltración:

1) Tipo de suelo. Entre mayor sea la porosidad, el tamaño de las partículas y el estado de fisuramiento del suelo, mayor será la capacidad de infiltración.

2) Grado de humedad del suelo. La infiltración varía en proporción inversa a la humedad del suelo, es decir, un suelo húmedo presenta menor capacidad de infiltración que un suelo seco.

El proceso de infiltración de agua en el suelo ha sido intensamente estudiado debido a su importancia en el manejo del agua en la agricultura, la conservación del recurso suelo y otras actividades técnicas. La velocidad de infiltración determina la cantidad de agua de escurrimiento superficial y con ello el peligro de erosión  hídrica.

FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE INFILTRACIÓN

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Los factores que afectan la velocidad de infiltración son aquellos que afectan las propiedades físicas del suelo y, en el caso del riego por aspersión, el tipo de cubierta vegetal, y son:

1. Sellamiento superficial: La formación de una capa fina y compacta sobre la superficie del suelo reduce rápidamente la penetración de agua a través de la superficie.

2. Compactación del suelo: Las labores de preparación de suelos -especialmente las araduras que se realizan en suelos húmedos- pueden producir compactación y formación de capas impermeables.

3. Partículas o grietas del suelo: Los suelos de texturas finas tienden a partirse cuando se secan; al aplicarse agua las partículas del suelo comienzan a aumentar de tamaño, sellando las partiduras hasta disminuir considerablemente la velocidad de infiltración.

4. Preparación de suelo: Sin embargo el efecto beneficioso en la porosidad del suelo producido por el paso de estos implementos dura solamente hasta que el terreno vuelve a su condición anterior de densidad, como consecuencia de riegos o lluvias subsecuentes.

5. Perfil del suelo: La diferente disposición de los estratos en el perfil tiene también gran influencia en la velocidad de infiltración del suelo. Por ejemplo en un suelo con un estrato superficial de textura gruesa y la siguiente de textura fina, tendrá una diferente velocidad de infiltración en cada una de estos estratos.

También es un factor muy determinante en el proceso de infiltración la textura que presente el suelo, pues esta es gran determinante de la estructura del suelo y por lo tanto del número y tamaño de poros y canales de conducción en el perfil.

DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACION22

La velocidad con que el agua entra al suelo en un punto dado determina el tiempo durante el cual el agua debe estar en contacto con la superficie (tiempo de riego) para lograr reponer en el perfil el agua consumida por los cultivos; asimismo, esta velocidad de entrada determina qué proporción del agua aplicada entrará en el perfil en un tiempo determinado y qué proporción escurrirá hacia otros puntos de la superficie, para infiltrar allí.

Para determinar experimentalmente la velocidad de infiltración, ya sea por el método de cilindro infiltrómetro o el surco infiltrómetro, es necesario considerar los siguientes aspectos:

1. Selección de un sitio que sea representativo de la correspondiente unidad de suelo. Las mediciones de velocidad de infiltración no deben efectuarse en lugares donde existen partiduras del suelo o deposiciones de animales u otros materiales que cubran el lugar. Es conveniente efectuarlas en un lugar cercano a la fuente de agua.

2. Examen y descripción del perfil del suelo. Determinación de la textura y los cambios texturales. Descripción de la estructura del suelo Las condiciones de los primeros 30 cm son de particular importancia. Comprobación de la presencia de cantidades excesivas de Sodio absorbido en lugares donde las condiciones son de estructura masiva.

3. Estimaciones de la humedad del suelo o, si el estudio requiere mayor precisión, determinación de la humedad del perfil del suelo mediante  alguno  de los métodos conocidos. Es muy  recomendable efectuar las mediciones de velocidad de infiltración con una humedad del suelo aproximada a aquella existente antes de un riego.

Anotación de cualquier característica observada que tenga influencia en la velocidad de infiltración.

METODOS DE MEDICIÓN DE LA INFILTRACIÓN

Existe un sinnúmero de métodos que se utilizan para medir la infiltración en el campo; la decisión del método a usar depende de las condiciones físicas del suelo y de la disponibilidad de equipo, materiales y servicios adecuados; por tal causa no existe un procedimiento estándar, aplicable en todos los casos. Todos los métodos para medir la infiltración en condiciones de campo se basan en  la  inundación  y estancamiento de agua en la superficie, aplicación de agua por aspersión, y medidas de entrada y salida de agua por surcos y zanjas.

1. Cilindros infiltrómetros

Musgrave ideó en 1935 los cilindros infiltrómetros, probablemente los instrumentos más usados en el estudio de la velocidad de infiltración de los suelos. En los primeros estudios sólo fueron empleados cilindros simples; los resultados obtenidos presentaron una gran variabilidad, posiblemente debido al movimiento lateral de agua no controlado. Con posterioridad se empleó cilindros dobles o multicilindros, con el objeto de minimizar el flujo lateral por medio de un área tampón alrededor del cilindro

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central. El movimiento de agua desde un cilindro infiltrómetro se produce en dirección descendente, a causa de la aplicación de una lámina de agua medida en el cilindro a diferentes tiempos. Los resultados que se obtienen indican a menudo una considerable variación en  los valores de infiltración, en áreas aparentemente uniformes.

La limitación más seria para el uso de cilindros es su ubicación en el suelo, que produce un cierto grado de alteración de las condiciones naturales (destrucción de la estructura o compactación); ello provoca a su vez gran variación en las velocidades de infiltración. El problema del aire atrapado en el interior de la columna del suelo es otra de las limitaciones, dado que el aire que originalmente ocupa el espacio poroso del suelo no puede ser liberado desde éste bajo condiciones de flujo saturado, creando un impedimento para el movimiento vertical de agua. Los cilindros infiltrómetros han sido ampliamente usados para obtener valores de infiltración que permitan el diseño de sistemas y métodos de riego por inundación. Sin embargo estas determinaciones no pueden correlacionarse con velocidades de infiltración que se adapten a otros sistemas de riego.

2. Método de represa o poceta

Este método consiste en represar agua sobre un área determinada mediante bordes o pretiles construidos alrededor de ella. Mediante un medidor de flotador o una regla se mide el agua infiltrada a medida que su nivel baja. El grado con que baja el nivel de agua en una parcela grande es probablemente la mayor indicación de la velocidad de infiltración.

Se ha señalado que las pocetas pequeñas tienen generalmente una limitación similar a la de los cilindros infiltrómetros; el factor de aire atrapado puede originar un movimiento vertical retardado. Las pocetas grandes, en cambio, no son prácticas debido a las grandes cantidades de agua necesarias para las mediciones y el nivel topográfico requerido en el área experimental.

3. Método del cilindro

Este método se utiliza para determinar la velocidad de infiltración en suelos en los que se establecerían métodos de riego, tales como: acequias en contorno, bordes, tazas, aspersión y goteo.

a. Material necesario

1. Cilindro metálico. Los cilindros requeridos deben tener un diámetro no inferior a 30 cm. Deben ser construidos con acero suave a efecto de minimizar la fricción al hacerlos penetrar en el suelo; el acero galvanizado es un material adecuado. El cilindro debe ser suficientemente resistente como para aguantar los fuertes golpes del martinete, necesarios para introducirlo en el suelo. Es recomendable un grosor del acero de alrededor de 0.5 cm. En este caso es necesario hacer un filo no mayor de 2 mm en el extremo del cilindro, con el fin de facilitar la penetración. El largo del cilindro debe ser superior a los 30 cm. Es conveniente colocar una manilla de acero soldada para facilitar el transporte. Se recomienda el uso de un mínimo de tres cilindros para cada determinación.

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2. Martillo. Es necesario un martillo pesado para la labor de penetración del cilindro en el suelo. El peso adecuado es de 8 -15 kilos. Un buen martinete puede ser construido colocando un mango a un trozo de acero de 2 pulgadas de grueso. Si el trozo de acero es de 15 cm de ancho y 20 cm de largo, el martillo pesará alrededor de 15 kilos. Un trozo de riel de ferrocarril puede servir como base en la construcción de un martinete.

3. Estanque de agua. Es necesario un estanque de agua de 40-60 litros en caso de que la distancia desde la fuente de agua al lugar de la prueba sea muy grande; además es conveniente tener un par de baldes de 10-15 litros.

4. Calidad del agua a usar. En estudios de infiltración debe usarse la misma calidad de agua usada para el riego; por lo tanto el agua a usar para dichos estudios debe ser obtenida de las acequias o canales de riego más cercanos al lugar de la determinación. Donde esto no es posible se requiere un estanque de gran capacidad o varios más pequeños, con el fin de proveer el agua suficiente a los cilindros infiltrómetros y la poza o cilindro exterior. En estudios de este tipo puede utilizarse un tambor de 200 litros al cual se le instala una llave en la base, o galones plásticos de 60 litros.

5. Aparato medidor. La forma más corriente de medir es instalar una regla de alrededor de 30 cm, cuya escala sea de fácil lectura, y determinar diferencias de 1 mm. Esta regla debe tener un pequeño orificio con el fin de hacerla penetrar en un pequeño vástago que sobresalga del interior del cilindro.

6. Protector de erosión. Un pedazo de plástico, papel grueso o un trozo de madera delgado sirven como protectores del suelo al ser colocados en el fondo del cilindro durante la primera aplicación de agua. Así se protegerá de cualquier alteración física que pueda producir el impacto del agua sobre el suelo.

7. Reloj o cronómetro. Cualquier tipo de reloj que pueda leerse con una aproximación de un minuto podrá ser utilizado satisfactoriamente.

b. Instalación

1. Seleccionar un lugar para cada cilindro; examinar cuidadosamente que allí no exista alguna alteración física del suelo, deposiciones de animales, o piedras que se puedan dañar o impedir la penetración del cilindro.  Se debe evitar aquellas áreas que pueden haber sido afectadas por el tráfico de animales o maquinaria. La distancia a la que deben colocarse los cilindros de un set para una prueba no debe ser mayor de 15 metros; deben ubicarse formando triángulo, con el fin de facilitar las lecturas al operar simultáneamente con cada uno de ellos.

2. Colocar el cilindro en el lugar determinado y presionar con fuerza sobre el suelo, haciéndole girar, cuidando que  el cilindro  no quede  inclinado.

3. Colocar sobre el cilindro un trozo de madera o metal sobre el  cual se golpeará con el martillo para introducir el cilindro en el suelo. Comprobar que el cilindro va penetrando en forma pareja en el suelo; para ello puede

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colocarse un nivel de carpintero sobre el cilindro, aunque normalmente es suficiente la apreciación visual.

4. Golpear con el martillo hasta que el cilindro haya penetrado  hasta una profundidad de 15 a 20 cm. La nivelación o inclinación  con  que  va  penetrando  el  cilindro respecto a la superficie  del suelo debe ser controlada con frecuencia. El cilindro no debe introducirse irregularmente en el suelo; en otras palabras, no debe golpearse a un lado primero y luego al otro lado con el fin de emparejarlo. Esto produce un mal contacto entre las paredes del cilindro y el suelo y puede alterar la estructura del suelo dentro del cilindro. Por lo tanto, si el cilindro ha penetrado en forma inconveniente en el suelo debe removerse y colocarse nuevamente en un lugar cercano.

5. Construir una poza homogeneizadora alrededor del cilindro; una forma fácil y que produce buenos resultados es hacer un pretil alrededor del cilindro. Este debe tener una altura de 10 a 15 cm y la pared interna debe quedar a una distancia  mínima de 20 cm  del cilindro. En la construcción del pretil no debe alterarse el suelo que va a quedar entre este último y el cilindro.

c. Operación

1. Llenar la poza homogeneizadora (si la hubiera) con agua, a una profundidad mínima de 5 cm y mantener esta altura de agua a través de todo el período de observación. Si bien esta altura de agua no es de fundamental importancia, requiere sin embargo un constante suministro de agua en la poza.

2. Colocar un aparato protector de erosión (plástico, madera u otro) dentro del cilindro.

3. Llenar con agua el cilindro interior hasta una profundidad de 15-20 cm. 4. Extraer rápidamente el aparato protector de erosión.5. Medir el nivel de agua en la regla previamente instalada en el cilindro; es

importante marcar este nivel para realizar las lecturas  subsiguientes en el mismo punto. La operación de llenado del cilindro debe ser muy rápida y la medición inicial de la superficie de agua tiene que ser hecha inmediatamente para reducir los errores debidos a la infiltración que se produce durante este período.

6. Anotar en la hoja de registros la lectura que indique el aparato medidor y el momento en que fue hecha la observación.

7. Realizar mediciones de altura de agua en el cilindro a intervalos periódicos, anotando los valores observados; al comienzo de la prueba los intervalos deben durar de 5 a 10 minutos. Para la mayoría de los suelos, observaciones hechas al final de 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, y 120 minutos y  luego cada una hora permiten obtener una adecuada información. Suelos de alta velocidad de infiltración requieren mediciones más frecuentes. Como regla general, la infiltración entre 2 mediciones no debería ser mayor de 3 cm. Las mediciones deberían  realizarse por un tiempo de 3-4 horas. Sin embargo, en suelos de alta velocidad de infiltración rara vez es necesario extender la prueba más allá del tiempo que se requiere para agregar al suelo una lámina de 10 cm. Por otro lado, en suelos de muy baja velocidad de infiltración puede ser conveniente prolongar la prueba por más de 4 horas.

8. Cuando el nivel de agua ha bajado alrededor de 6 cm en el cilindro es necesario rellenar el nivel inicial; esta rango de fluctuación del nivel de agua

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debe mantenerse durante toda la prueba. Cuando se realiza un relleno debe medirse la altura de agua antes y después de la operación y realizarla en forma muy rápida, para evitar errores debidos a la infiltración durante el tiempo que dure esa tarea. Al utilizar la información se asume que el relleno se realiza en forma instantánea.

9. Cuando la infiltración es anormalmente alta o baja debería examinarse cuidadosamente el suelo y asegurarse que el cilindro esté correctamente instalado.

10. Una vez terminada la prueba, remover y limpiar los cilindros.

d. Elaboración de la información

1. Cálculo de la infiltración acumulada h, para cada cilindro. La información es registrada en la forma en que se muestra en el Cuadro siguiente. Allí aparecen las columnas "altura de agua" para un cilindro y para los diferentes períodos de tiempos considerados en la primera columna.

Tiempo(min.)

Altura de agua  (cm)

Infiltración acumulada (h)  (cm)

0 20.0 0.0 5 19.1 0.9

10 18.8 1.2 20 18.0 2.0 30 17.0 3.0 45 16.8 3.2 60 15.6 4.4 90 14.0 6.0 *** 21.0   120 19.6 7.4 180 18.8 8.2 240 17.6 9.4

*** Corresponde a un relleno de 7 cm cuando el agua alcanzo un nivel al interior del tubo de 14 cm, es decir un descenso de 6 cm.

2. A partir de ese Cuadro se ha desarrollado un ejemplo que sirve para explicar el procedimiento de cálculo. A partir de la columna "altura de agua" para el respectivo cilindro, se restan los valores registrados a los diferentes tiempos, del valor de altura de agua al tiempo cero. Por ejemplo: determinar la infiltración acumulada a los 10 minutos para el cilindro. Para ello se resta de la altura de agua a los 10 minutos correspondientes de este cilindro la que es igual a 18.8 cm. del valor al tiempo cero, 20 cm. Luego 20-18.8 = 1.2 o sea h = 1,2 cm. Cuando se computan lecturas en que se ha realizado relleno del cilindro se utiliza el mismo procedimiento de cálculo pero ahora los valores se restan (a partir de la altura correspondiente al tiempo en que se realizó el último relleno) al valor obtenido en el último relleno. Al valor obtenido en esta forma se le agrega la infiltración acumulada, h, obtenida en el momento en que se realizó el relleno. Ej.: Determinar la infiltración acumulada, h, que se produce a los 120 minutos para el cilindro. De acuerdo al procedimiento indicado, se tiene que el último relleno se realizó a los 90 minutos, obteniéndose un valor de altura de agua de 21.0 cm. El valor obtenido a los

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120 minutos es de 19.6, luego 21.0 - 19.6 = 1.4 cm. Por otro lado, el valor de infiltración acumulado h cuando se realizó el relleno a los 90 minutos es 6.0 cm., luego 1.4 + 6.0 = 7.4 cm.

3. Elaboración de gráficos. Una vez calculados los valores de infiltración h, se grafican con respecto al tiempo correspondiente que aparece en la primera columna, trazándose luego la curva que mejor se aproxime a los puntos determinados. La elaboración de estos gráficos no es necesaria cuando los datos experimentales son relacionados entre sí por medio de ecuaciones (punto 3).

4. Cálculo de la velocidad de infiltración. Los valores de infiltración acumulada h, que aparecen en el Cuadro (última columna) pueden relacionarse con el tiempo T de la columna 1, a través de una expresión similar a la Ecuación 3 (h = C*T^b). Los valores del coeficiente C y el exponente b pueden obtenerse a través de un análisis de regresión lineal. Conocidos los valores de C y b, pueden obtenerse el coeficiente K y el exponente n de la Ecuación 1 de velocidad de infiltración (l = K *T^n), a través de las siguientes relaciones:

  K = 60 *C*b  

n = b - 1  

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AFORO DE CORRIENTESLa medición de la velocidad en una corriente, la información geométrica de

la sección donde se mide y el registro de los valores de nivel del agua , proporcionan la base para determinar el volumen que pasa por el cauce en la unidad de tiempo; a este proceso de cuantificación se le da el nombre de aforo y se aplica tanto en ríos como en canales.

ESTIMACIÓN DEL GASTO EN ESTADO PERMANENTE

Si se considera el estado permanente como condición del flujo en un tramo de río o canal, la expresión del gasto, es decir, el volumen por unidad de tiempo, se define con el apoyo de la expresión:

Q = V A

Donde Q es el gasto, en m3/s; V es la velocidad representativa del flujo, en m/s; y A el valor de área de la sección del río o canal que es perpendicular a la dirección de la velocidad del flujo, en m2.

El valor de área de la sección de un río o canal se obtiene tanto de sus características geométricas, como del nivel del agua en diferentes tiempos. Las características geométricas se pueden determinar por nivelación diferencial en la sección seleccionada para llevar a cabo el aforo. Esta nivelación se tendrá que hacer cada vez que se presente un evento de escurrimiento de importancia (también se les conoce como avenidas, y no necesariamente implica desborde e inundación), ya que la sección podrá cambiar considerablemente.

La medición del nivel se puede hacer a través de una escala, de un limnímetro, y si se trata de un registro continuo, de un limnígrafo. En la figura se muestra un esquema representativo de una sección de río y de una sección de canal con sección trapecial. Cabe mencionar que cuando en una sección se considera el fondo de un río o canal como referencia, el nivel recibe el nombre de tirante; si la referencia es la superficie del agua, entonces se trata de la profundidad.

Representación esquemática de: a) un río y b) un canal

DISTRIBUCIÓN DE LA VELOCIDAD EN UNA CORRIENTE EN PERFIL Y SECCIÓN

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La velocidad en una corriente varía tanto en perfil como en sección. En elperfil, la velocidad cambia rápidamente desde el valor cero en las fronteras rígidas como son las paredes y la plantilla, hasta valores de velocidad máxima, que se encuentra entre el 90 y 95 % del tirante.

La figura siguiente muestra el perfil de velocidades de una sección cualquiera. Según la teoría de la capa límite, la distribución de la velocidad tiende a ser logarítmica en un conducto a superficie libre; de modo que serán de interés para la medición de la velocidad los siguientes valores porcentuales del tirante o de profundidad (Dingman, 1994):

Perfil de velocidades de una sección de río o canal

Si el tirante es mayor a 0.80 m, entonces se medirá la velocidad en el 20% y en el 80% del tirante, obteniendo la velocidad media por la relación:

__ V = (V0.2 + V0.8) 2

Si el tirante es menor que 0.80 m, entonces se considera el 40% del tirante como el punto donde se debe medir la velocidad media.

- El valor de velocidad máxima se ubica por arriba del 85% del tirante.

Al respecto es oportuno describir las diferencias entre tirante y profundidad. El tirante es la distancia que se mide desde el fondo de una sección o canal hasta la superficie libre del agua, mientras que la profundidad es la distancia que hay entre la superficie libre del agua y los porcentajes del tirante establecidos para definir la velocidad media.

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Distribución de la velocidad en una sección de un canal trapecial revestido

Selección de la sección de aforo

La sección de aforo o de control debe cumplir con ciertas características para que sea considerada como confiable. A continuación se presentan las características que deben satisfacer algunas de las secciones más representativas:

a) De preferencia, el flujo debe converger de forma gradual en el sentido aguas abajob) Se deben evitar los tramos donde sea factible la presencia de curvas de remanso;c) Las pendientes de la sección de control deben de ser pequeñas;d) La sección de control deberá estar lo más alejada posible de curvas;e) Las obstrucciones en la sección deberán de ser mínimas;f) Se tratará de evitar colocar la sección en tramos donde se formen vórtices o

remolinos.

Métodos de aforo de aguas superficiales

El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular. La mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad:

Q = V * ADonde, Q = Caudal, m3/s V = Velocidad, m/s A = Área, m2

A continuación se presentan los métodos de aforo de corrientes naturales de agua más utilizados:

El aforo volumétrico, se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en pequeñas corrientes naturales de agua. El método consiste en tomar el

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tiempo que demora en llenarse un recipiente de volumen conocido. Posteriormente se divide el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniéndose el caudal en L/s.

Método volumétrico

Los aforos con vertederos y canaletas, se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy restringido. El método consiste en interrumpir el flujo del agua en la canaleta y se produce una depresión del nivel, se mide el tamaño de la lámina de agua y su altura. El agua cae por un vertedero durante cierto tiempo, se mide la altura de la lámina y se calcula la cantidad de agua que se vertió en ese tiempo.

Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales

El aforo con flotadores, son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión. Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre de la fuente tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un

punto a otro en una sección uniforme.

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Método de velocidad – área o aforo con flotadores

En éste método, se toma un trecho de la corriente; se mide el área de la sección; se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo. El resultado de la velocidad se ajusta a un factor de 0.8 a 0.9

El aforo con trazadores fluorescentes o colorantes, el empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito. Una vez elegida la sección de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad superficial o subsuperficial de la corriente liquida. La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje.

El aforo con trazadores químicos y radioactivos, es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas. Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es, para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de flujo.

En los aforos químicos y radioactivos, se inyecta una tasa constante qt, de la sustancia química, radioactiva o trazador, de concentración conocida, C ti, a la corriente cuyo caudal, Q, desee determinarse y cuya concentración de la sustancia, Ca, en la corriente, también se conoce. A una distancia corriente abajo, suficientemente grande para asegurar que se han mezclado totalmente el trazador y el agua, se toman muestras de ésta, y se determina la concentración de la sustancia química o radioactiva, Ct. El caudal de la corriente se puede determinar, empleando la siguiente ecuación:

Q = qt (Cti – Ct) Ct - Ca

En su empleo como medidores de velocidad, los trazadores químicos y radioactivos se inyectan aguas arriba del primer punto de control de la corriente. Se calcula el tiempo de paso del prisma de agua que contiene el trazador entre dicho punto de control y otro situado aguas abajo a una distancia previamente determinada. El cociente entre esta distancia y el tiempo de paso es la velocidad media de la corriente.

El aforo con molinete o correntómetro, el principio de la medición de velocidad con molinete es el siguiente: supóngase un molinete puesto en un punto de una corriente que tiene una velocidad V. La longitud S, es el recorrido de una partícula fluida moviéndose a lo largo del contorno completo de la línea que determina una vuelta de la hélice. La situación es análoga al suponer quieta el agua y el molinete desplazándose a través de ésta con velocidad V. Para un desplazamiento S, la hélice también dará una vuelta. Con la sensibilidad del aparato se hace sentir a partir de determinada velocidad mínima, a, que en general, es del orden de 1 cm/s, por debajo de la cual el aparato no se mueve

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V= S t

El espacio, S, recorrido por la hélice, o por la partícula líquida a través de ésta, se representa por el número de rotaciones, N, que da el molinete en t segundos. Entonces:

V= b * N t

Y haciendo:

n= N t

La frecuencia de giro, se tiene:

V= b * n

Con la sensibilidad del aparato se hace sentir a partir de determinada velocidad mínima, a, que en general, es del orden de 1 cm/s, por debajo de la cual el aparato no se mueve, la ecuación del aparato se transforma en:

V= a + b*n

Ecuación que corresponde a una línea recta. Los aparatos vienen con su respectiva ecuación de calibración, dependiendo del tipo de molinete y de la casa productora, o tabuladas las velocidades en función del número de revoluciones por minuto.

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CUENCA HIDROLÓGICALa cuenca es aquella superficie en la cual el agua precipitada se transfiere a

las partes topográficas bajas por medio del sistema de drenaje, concentrándose generalmente en un colector que descarga a otras cuencas aledañas, o finalmente al océano. La cuenca hidrológica, junto con los acuíferos, son las unidades fundamentales de la hidrología .

Desde el punto de vista de su salida existen dos tipos de cuencas: endorreicas (cerradas) y exorreicas (abiertas).

a) Endorreicas: el punto de salida se ubica dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago.

b) Exorreicas: el punto de salida se localiza en los límites de la cuenca y a su vez la descarga se vierte en una corriente o en el mar, tal como se observa en la figura.

Cuenca hidrológica exorreica

CUENCAS Y REGIONES HIDROLÓGICAS

Premisa fundamental del manejo de los recursos hidráulicos es la adopción de la “cuenca hidrológica” y del “acuífero” como las unidades de gestión del recurso agua.

Los conceptos de unidad de “cuenca hidrológica” y “acuífero”, que incluye la debida interrelación entre las aguas superficiales y subterráneas, en calidad y cantidad, conduce a considerar no solo conceptos técnicos. Por ejemplo, el problema de trazar las fronteras hidrológicas superficiales es relativamente sencillo, pero se dificulta cuando se pretende trazar las fronteras de un acuífero, situación producida por la carencia de información adecuada y precisa.

Características fisiográficas

En general, para estudiar una cuenca hidrológica se requieren métodos 35

cuantitativos y cualitativos. En el primer caso, es fundamental definir parámetros que representen algunas características particulares importantes, que pueden ofrecer una información relevante acerca de las variables y los procesos hidrológicos.

Algunos de los parámetros característicos de mayor interés se presentan a continuación:

Parteaguas. Línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa dos cuencas adyacentes y distribuye el escurrimiento producido por la precipitación.

Área de la cuenca. Es la proyección del parteaguas a un plano horizontal, caracterizándose así el tamaño de la cuenca. El valor del área se obtiene de los mapas topográficos a través del uso del planímetro o de otros métodos.

Corriente principal. Es la corriente de mayor longitud que pasa por la salida de la cuenca hidrológica.

Corrientes tributarias. Serie de corrientes tributarias con un diferente grado de bifurcación.

Orden de corrientes. Se determina a partir del grado de bifurcación de las corrientes tributarias.

a) Corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones;b) Corriente de orden 2 solo tiene corrientes de orden uno;.c) Y así sucesivamente dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos

corrientes de orden 2 forman una de orden 3, dos corrientes de orden 3 forman una de orden 4, etc.

Longitud del eje mayor de la cuenca. Es la máxima longitud que va desde el punto de la descarga o salida de la cuenca al punto más lejano de la cuenca. Este parámetro es importante, ya que da una idea de la forma de la cuenca. Los procesos hidrológicos, por ejemplo el escurrimiento superficial, responden de manera diferente en una cuenca alargada que a la que se aproxima a una forma circular.

Ancho de la cuenca. Es la longitud perpendicular a la longitud del eje mayor de la cuenca y para su estimación se miden las longitudes perpendiculares representativas de cada parte de la cuenca, tomando como referencia la recta que se ha trazado para la longitud del eje mayor.

Orientación de la cuenca. Es el ángulo de orientación a partir del norte geográfico y para su determinación se toma como punto de referencia la descarga o salida de la cuenca y utilizando la recta que representa a la longitud del eje mayor, se determina el ángulo de la orientación a partir del norte geográfico. Este parámetro es importante, ya que los sistemas de circulación atmosférica son fundamentales en lo que respecta al régimen pluviométrico de una cuenca.

Curva hipsométrica

Es una curva que representa en ordenadas, las elevaciones o altitudes de la cuenca que se ubica a partir de las superficies de la descarga o salida en abscisa.

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Se puede considerar a esta curva como una especie del perfil de cuenca de análisis.

La distribución espacial de la altitud en la cuenca es fundamental para caracterizar su condición morfológica, es decir, saber que porcentaje de la cuenca corresponde a zonas de montaña, lomeríos, planicies, etc. Primero se requiere obtener un diagrama de frecuencias que asocie área-altitud; es decir, determinar el valor de área correspondiente a un intervalo de altitud, abarcando el rango comprendido entre las elevaciones del terreno mínima y máxima. La marca de clase, o intervalo de la altitud, se define a partir de las condiciones topográficas de cada cuenca.

Una vez obtenida la relación área-altitud se puede obtener la curva hipsométrica de la cuenca, que no es otra cosa que una curva acumulada que parte de la elevación mínima del terreno localizada en la descarga o salida de la cuenca hidrológica de análisis (Remenieras, 1974).

RED DE DRENAJE Y ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS

a) Aspectos generales

La red de drenaje de una cuenca es el sistema interconectado de cauces, a través del cual, el agua captada en las partes altas se recolecta y es conducida a las partes bajas.

En algunos tramos de los cauces, los bordos o riberas estarán asociados a grandes extensiones planas adyacentes que serán inundadas en la época de avenidas que se le conoce con el nombre de planicies de inundación.

Si la planicie de inundación se ha creado a través de la erosión lateral y retroceso gradual de las paredes del valle, formando una delgada capa de sedimentos, entonces recibe el nombre de erosional.

Si el espesor de la capa de sedimentos ha alcanzado valores de una centena de metros (o más) en el transcurso del tiempo, entonces se dice que la planicie es de agradación.

Es conveniente indicar que el sistema o red de cauces que drena una cuenca se clasifican en: dendrítico, rectangular, radial, enrejado y multicuenca. La figura 2.3 indica la pauta de los diferentes sistemas de cauces.

CLASIFICACIÓN DE LOS RÍOS

A partir de su posición topográfica o edad geológica los ríos pueden clasificarse en:

Corriente joven . Son aquellas corrientes que erosionan rápidamente las riberas, creando secciones en forma de “v”; no cuentan con planicie de inundación, o ésta es muy poco extensa. Las pendientes del cauce son pronunciadas y es común encontrar en su desarrollo cascadas, rápidos y pocos tributarios de longitudes pequeñas.

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Corriente madura . El potencial erosivo disminuye, suavizando la pendiente del cauce y eliminando las cascadas y rápidos; las extensiones de las planicies de inundación son mucho mayores y se inicia la formación de meandros, alcanzando así sus profundidades máximas.

Corriente senil . El proceso de ensanchamiento de la planicie de inundación es más importante que el de la profundización.

La s i g u i e n t e figura señala las características predominantes de las corrientes de acuerdo con su ubicación topográfica o bien según su edad geológica.

Dendrítico Rectangular

Radial Enrejado

Multicuenca

PATRONES DE DRENAJE EN UNA CUENCA

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A partir de la duración de su descarga, los ríos se pueden clasificar en:

Corriente perenne. Son las que conducen agua durante todo el año.

Corrientes intermitentes. Conducen agua durante algunas semanas o meses.

Corrientes efímeras. Conducen agua después de algún evento hidrológico, es decir por un intervalo de horas o días.

Meandros Corrientes trenzadas

Corrientes ramificadas Corrientes reticulares

PARÁMETROS PARA CARACTERIZAR EL SISTEMA DE DRENAJE DE UNA CUENCA

Orden de la corriente. Expresa la relación de jerarquía entre los diferentes tramos de las corrientes (Summerfield, 1991). La figura muestra un ejemplo para definir el número de orden para cada tramo que conforma la red de drenaje de una cuenca hidrológica.

Relación de bifurcación. Es la relación entre el número de segmentos de corriente de un orden dado, entre el número de tramos del orden mayor siguiente.

De acuerdo con Summerfield (1991), si la litología en una cuenca es homogénea, entonces la relación de bifurcación rara vez es mayor de 5 o menor de 3; si la cuenca es muy elongada, con una alternancia de afloramientos contrastantes en sus características litológicas, pueden obtenerse valores mayores a 10.

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Cuenca homogénea; 3 < Rb < 5Cuenca muy elongada; Rb < 10Donde: Rb es la relación de bifurcación

Orden de la corriente

Magnitud de la corriente. Este parámetro se relaciona estrechamente con las proporciones del área total de la cuenca que contribuyen al escurrimiento superficial (Summerfield, 1991). En la figura se muestra un ejemplo para definir los valores de magnitud de la corriente.

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Magnitud de la corriente

Densidad de corriente. Es la suma de las longitudes de los tributarios (Ns) dividida entre el valor de área (A) de la cuenca y se define a través de la expresión:

Ds= Ns A

Donde: Ds es la densidad de corriente, en km/km2; Ns es la suma de las longitudes de los tributarios, en km; y A es el área de la cuenca, en km2.

Este parámetro da información valiosa sobre las condiciones climáticas y litológicas de la región: valores altos, mayores a 500 km/km2, se pueden deber a la combinación de un régimen pluvial elevado con una litología fácilmente erosionable; valores menores a los 5 km/km2 pueden ser indicativos de un régimen pluvial de poca cuantía, o que la resistencia del material litológico sea mucho mayor, es decir no se producen erosiones relevantes.

Ds > 500 km/km2, combinación de un régimen pluvial alto con una litología fácilmente erosionable

Ds < 500 km/km2, régimen pluvial de poco valor o resistencia del material litológico de gran magnitus

Densidad de drenaje. Es la relación de la suma de las longitudes de las corrientes (L) entre el valor del área (A) de la cuenca y se calcula con la expresión:

Dd = L A

Donde Dd es la densidad de drenaje, en 1/km; L es la suma de las longitudes de las corrientes, en km; y A es el área de la cuenca, en km2.

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PLANIFICACIÓN PARA EL MANEJO DE CUENCAS

QUE ES UN PLAN DE MANEJO DE CUENCAS

Los planes de manejo de Cuencas en el contexto global, se conceptualizan como: "Instrumentos directrices para ordenar las acciones que requiere una Cuenca Hidrográfica, para lograr un uso sostenible de sus recursos naturales". El diseño del plan de manejo de Cuencas, requiere de una formulación técnica, enfoque, luego definir el modelo que le corresponde y finalmente el proceso técnico y social para definir las actividades

El enfoque metodológico, debe expresar la visión prospectiva para solucionar los problemas, el equipo de trabajo interdisciplinario y de participantes locales, debe integrar y correlacionar la información con el conocimiento de la realidad. La formulación técnica consiste en desarrollar el paso de un modelo de estado al modelo de soluciones, este paso es estratégico y orienta las decisiones técnicas del planificador, considerando:

Gestión administrativa, bajo una eficiente organización que permita el ordenamiento territorial e institucional para apoyar las acciones del plan.

Visión integral, involucrando a todos los sectores y actores. El plan debe ser único, no habrá duplicidad ni competencia. Carácter dinámico y continuo. Proyectivo, para establecer logros en plazos diferentes. Horizonte definido en función de demanda, oferta, tiempo. Modelos típicos: Protección, conservación, rehabilitación, uso múltiple,

aprovechamiento.

CONSIDERACIONES PARA DEFINIR PROGRAMAS, PLANES Y PROYECTOS DE MANEJO DE CUENCAS, SUBCUENCAS O MICROCUENCAS.

La persona que usa los términos asociados a las diferentes orientaciones señaladas en este tema debe tener claro cuáles son sus implicaciones. Debe además saber cuáles son los objetivos al planificar acciones de manejo de Cuencas, Subcuencas o Microcuencas.

Las polémicas que surgen al tratar de definir el tema de cuencas se refieren:

Al énfasis que se da a la ejecución de acciones directas versus la ejecución de acciones indirectas que se deben realizar como parte de los procesos de gestión para el desarrollo de la Cuenca.

A la forma como se plantea la ejecución de las acciones de Manejo de Cuencas. Es distinto si se planifica ejecutar algunas acciones de manejo de Cuencas en forma aislada o si éstas se harán en forma coordinada con acciones de aprovechamiento de los recursos de la Cuenca. Por ejemplo no es lo mismo evaluar acciones de control de erosión en forma aislada, que hacerlo para proteger un embalse que está siendo construido aguas abajo, o de aplicar uso racional de agroquímicos sin relacionar la producción versus la contaminación de aguas y su aprovechamiento para uso poblacional. En

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los primeros casos sólo se hacen acciones de protección, mientras que en el segundo se combinan acciones productivas con acciones conservacionistas.

Al tipo de estrategia con que se piensa ejecutar el plan, programa o proyecto de Manejo de Cuencas. Esto depende de la importancia de la cuenca, de la población que se beneficiaría del programa, del tipo de tenencia de la tierra, de la ubicación geopolítica y de otros factores relevantes. La participación de la población, su nivel socioeconómico, el clima y características de la cuenca y otros aspectos, diferencian el tipo de estrategia a ser aplicado.

Lo importante en el diseño de cualquier programa, plan o proyecto de Manejo de Cuencas es equilibrar todas estas opciones. Los expertos en el tema deberán ser por lo tanto, cautos antes de emitir sus opiniones en las discusiones sobre definiciones de aprovechamiento, manejo y ordenamiento de Cuencas. Deben abordar el tema desde una perspectiva que les permita percibir las variadas tendencias descritas con el fín de tener capacidad para integrar y sintetizar dichas tendencias con algún calificativo hasta que se adopte una definición consensual para la zona, región o país.

En los últimos años se ha indicado que la planificación participativa es clave para facilitar el diseño de los planes de manejo, sin embargo muchas veces este proceso de participación no es tan fácil lograrlo con eficiencia, a veces la participación no es fuerte desde el inicio, por tal razón deben descubrirse a tiempo las limitantes y debilidades, a continuación se señalan posibles razones

Plan global y plan de Microcuenca

METODOLOGIA DE PLANIFICACION INTEGRAL, CONCERTACIÓN, PROCESOS PARTICIPATIVOS.

Una de las preocupaciones de quienes tienen la responsabilidad de conducir y lograr el plan de Manejo de la Cuenca o de una Microcuenca, es el de lograr un resultado viable, factible y sobre todo que se pueda implementar, todo expuesto y desarrollado con base en el interés y decisión de los actores locales y de sus organizaciones.

Por esta razón, durante las diferentes etapas y desde el inicio, es imprescindible que tanto las organizaciones locales, las instituciones y las entidades comprometidas en los objetivos de un plan de manejo, deben incorporarse e integrarse en forma

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representativa, con equidad de género e igualdad de responsabilidades y derechos, sólo así será posible lograr la concertación necesaria para satisfacer las demandas y expectativas de la población de la Cuenca o Micro- cuenca. Un ente o medio promotor debe ser identificado para apoyar y catalizar el proceso, según los casos este puede ser un ente estatal, municipal, comunitario o de otras organizaciones.

La concertación promueve la aceptación de responsabilidades y el reconocimiento de compromisos (para evitar contaminar o porque reconocer la reforestación).

La mejor práctica para valorar el cumplimiento de las medidas concertadas, es la concientización y sensibilización de los actores comprometidos, éstos resultan mejor que cualquier restricción o sanciones. La concertación debe visualizar donde está el punto de interés y beneficio de ambas partes, de lo contrario existirá el riesgo que se acepte una propuesta pero nunca se llegue a cumplir, aun cuando existan medidas para lograr el cumplimiento.

Algunas recomendaciones para lograr la participación de los actores locales (comunidades y organizaciones), se resumen a continuación:

a) La participación adquiere importancia para los actores locales cuando existe una motivación, finalidad concreta de beneficios o ventajas.

b) La participación es un proceso que puede incrementarse con los resultados y logros.

c) La participación debe ser desde el inicio del procesod) La participación debe de ser activa. responsable y con derechos claramentes

establecidos.e) La equidad de género y representatividad de los diferentes actores locales es

fundamental.f) La participación de los representantes, debe tener suficiente respaldo de quienes

representa.g) El representante que participa, debe comunicar e informar de los avances y

compromisos en forma adecuada a sus organizaciones.h) La participación de actores externos es viable toda vez que haya el fundamento

necesario

EL INTERES Y PRIORIDADES DE LOS PARTICIPANTES EN EL MANEJO DE CUENCAS

Uno de los aspectos estratégicos en el desarrollo de la planificación de las Cuencas, es la determinación de prioridades. Mediante este proceso, a la Cuenca se le divide previamente en unidades geográficas menores de Subcuencas y Micro- cuencas, para con base en ellas y con información específica para determinar prioridades, y seleccionar las áreas de intervención. Generalmente son muchos los problemas a resolver y no siempre se disponen de los medios y recursos para enfrentar las soluciones, también a veces no es factible implementar todas las acciones en forma paralela. Por esta razón se deben aplicar métodos y procedimientos para valorar la importancia e indicar cuáles son los problemas urgentes "que tienen prioridad" por resolver.

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Algunas prioridades de los pobladores de las Cuencas o MicrocuencasPrioridades Interesados

Mejorar la producción AgricultoresAumentar los ingresos Agricultores, ganaderosDisponibilidad de agua Agricultores, ganaderos, población urbana, regantes,

piscicultoresMejoramiento de caminos Agricultores, ganaderosMejoramiento de carreteras Población en general, comerciantes, empresarios de

transportesDisponibilidad de semillas AgricultoresPastos permanentes GanaderosEducación para sus hijos Población en generalCapacitación Agricultores, ganaderos, reforestadoresTener viveros forestales ReforestadoresCrédito Agricultores, reforestadoresMercado seguro Agricultores, ganaderosControlar la erosión Agricultores, hidroenergíaMejorar la calidad del agua Población urbana, piscicultores, regantesEnergía o luz eléctrica Población ruralMejora de caminos Población rural, agricultores.

COMPONENTES DE UN PLAN DE MANEJO DE CUENCAS

El objetivo es la definición específica de intervención mediante soluciones homogéneas y consistentes de un campo disciplinario articulado al funcionamiento de la Cuenca. Se trata de establecer qué aspectos problemáticos vamos a enfrentar, cómo se realizaría y cuales son los indicadores de éxito. Lo primordial es entender las necesidades humanas y la capacidad de soporte de la cuenca; si en algún momento no hemos respondido para qué sirve la Cuenca y cómo suceden las relaciones entre sus actividades, es muy probable que no lograremos una respuesta rápida sobre los componentes. El objetivo del diseño no es la forma o dimensiones, sino básicamente interrelacionar los aspectos y factores claves.

Los factores claves pa ra el diseño de los componentes son:

El (los) recurso (s) estratégico (s) integrador (es) de la Cuenca y las actividades que dependen de ella, productividad, área de influencia física y económica.

Los sistemas de producción y de conservación. Los problemas, potencialidades y las necesidades de la población,

agricultores y usuarios de los recursos de la Cuenca. El estado de la Cuenca, su capacidad de soporte y limitantes en el sitio y en

el entorno. Cuáles son los aspectos de interés de la comunidad, agricultores, usuarios e

instituciones de la Cuenca o que dependen de la Cuenca. Nivel de organizaciones y efectividad de la participación.

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Expectativa de intervención (recursos humanos, institucionales y financieros) Capacidad de autogestión y nivel de participación de las instituciones locales

en los procesos de toma de decisiones. Rentabilidad social y económica.

Para lograr una funcionalidad que permita una integración entre los componentes es importante ampliar el alcance de los siguientes aspectos claves:

1. El (los) recurso (s) estratégico (s) integrador (es) de la Cuenca y las actividades que dependen de ella, productividad, área de influencia física y económica.

Por ejemplo el agua se considera el recurso estratégico e integrador por excelencia y que en el futuro generará serios conflictos sociales si no se toman medidas urgentes y adecuadas.

En principio todos los recursos naturales de la Cuenca son importantes y cada uno de ellos es parte de un proceso del desarrollo, sin embargo existe un rol estratégico ambiental o económico o social que define la identidad de una cuenca. De acuerdo al potencial y capacidad, las Cuencas pueden distinguirse por el aporte en cantidad y calidad de agua, producción de madera, desarrollo de tierras regables, producción ganadera, producción hortícola, servicios ecológicos, etc. Pero cualquiera que sea el sistema productivo y conservacionista, siempre tiene una base de integración. Existen casos en el cual el recurso hídrico protagoniza la integración; en otros casos puede ser un aspecto cultural (organización tradicional), producción de hidroelectricidad y agricultura, etc.

2. Los sistemas de producción y de conservación.

Una base importante para diseñar la intervención en la Cuenca es conocer cómo funciona la misma y cuáles son los agentes que movilizan el desarrollo de las actividades. Lo más conveniente es diferenciar los sistemas de producción y conser vación, determinando tipos, cober tura, intensidad y continuidad. En cada sistema, la finca será la célula de análisis e intervención para materializar el manejo de Cuencas.

3. Los problemas y las necesidades de la población, agricultores y usuarios de los recursos de la Cuenca.

La respuesta a las necesidades de los actores involucrados en el proceso de manejo de Cuencas es otro pilar para la definición de componentes, se debe lograr diseñar lo que la gente necesita de la manera más sencilla, con formas participativas, promoviendo la apropiación tecnológica y adopción de las alternativas forestales, agrícolas, agronómicas, agroforestales. De esta manera un componente debe tener claridad en las responsabilidades de quienes tomarán las funciones operativas o de implementación. Los actores de la cuenca deben tener el conocimiento adecuado de lo que se desea realizar. Los talleres de consulta, la concertación y sondeos son fundamentales para sustentar las decisiones en esta etapa.

4. El estado de la cuenca potencial, su capacidad de soporte, vulnerabilidad y limitantes en el sitio y en el entorno.

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El diagnóstico debe permitir la interpretación de lo que está pasando en la Cuenca y hacia dónde se puede proyectar el comportamiento con plan y sin plan de manejo. Es conveniente determinar los indicadores que evalúen la calidad y cantidad de los recursos, conocer las características físicas, químicas y biológicas, además de los aspectos de vulnerabilidad. En lo posible, definir el potencial, la capacidad de soporte del recurso, zonas de riesgo o por lo menos establecer el nivel de intensidad de uso y su sostenibilidad. Dado que la Cuenca es parte de un sistema mayor (región, zona ecológica) es importante conocer los aspectos externos que influyen en la Cuenca o qué interacciones existen con el entorno (comunicación sociocultural, comercialización, vialidad, trasvase de recurso hídrico).

5. Cuáles son los aspectos de interés de la comunidad, agricultores, usuarios e instituciones que dependen de la Cuenca.

El interés de los actores y participantes permitirá establecer las modalidades operativas y el tipo de organizaciones para gestionar y movilizar nuevos recursos y actividades para complementarse con otras intervenciones en la Cuenca (salud, infraestructura, educación, etc). En este sentido, el equipo formulador del proyecto debe establecer tipos de beneficiarios, instituciones y actores involucrados en el proceso de ejecución y seguimiento.

6. Nivel de organizaciones y efectividad de la participación.

Las organizaciones y entidades públicas, privadas o comunitarias, tienen en general diferente experiencia y capacidades, por lo tanto en cualquiera de los componentes deben tener una clara definición sobre el cómo asumirán las responsabilidades y cuáles serían las necesidades de fortalecimiento. El apoyo en capacitación, equipamiento y otros aspectos son necesarios conocerse para dimensionar el nivel de esfuerzo y las posibilidades de tratamiento por parte del proyecto. De este análisis se pueden establecer los criterios para diseñar la unidad ejecutora del proyecto.

Finalmente los componentes pueden integrar aspectos biofísicos o socioeconómicos, técnicos, institucionales, de producción, de conservación, capacitación, extensión, transferencia de tecnología o educación ambiental. En cada proyecto será relevante un conjunto de ellos. Lo importante será que existan interrelaciones o interacciones entre ellos. Entre los biofísicos destacan aquellos que mejoran la productividad agrícola, forestal o pecuaria, entre los ambientales están aquellos que mejoran la calidad del recurso (agua, suelo); entre los institucionales están los de capacitación, investigación o extensión.

En cada caso es posible identificar indicadores o cifras que en forma absoluta o relativa permitan clarificar estos factores claves, por ejemplo un cuadro con índices de degradación de los recursos naturales, niveles de producción y rentabilidad de los cultivos o actividades, problemas de la población, servicios ecológicos, etc.

La formulación del plan o proyecto y los componentes

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Para formular el plan o proyecto es necesario conceptualizar la "fórmula para solucionar los problemas o las medidas de intervención para satisfacer las necesidades" del hombre habitante de la Cuenca (finca, asentamiento, comunidad). La fórmula requiere plantear una imagen objetivo de cómo se quiere desarrollar la Cuenca, consecuentemente cómo pasar de un modelo de estado (en conflicto, vulnerable, con potencial, desequilibrio, degradación) a un modelo prospectivo condicionado a un desarrollo integrado.

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ANEXO: MÉTODO DEL CILINDRO

Este método se utiliza para determinar la velocidad de infiltración en suelos en los que se establecerían métodos de riego, tales como: acequias en contorno, bordes, tazas, aspersión y goteo.

a. Material necesario

8. Cilindro metálico. Los cilindros requeridos deben tener un diámetro no inferior a 30 cm. Deben ser construidos con acero suave a efecto de minimizar la fricción al hacerlos penetrar en el suelo; el acero galvanizado es un material adecuado. El cilindro debe ser suficientemente resistente como para aguantar los fuertes golpes del martinete, necesarios para introducirlo en el suelo. Es recomendable un grosor del acero de alrededor de 0.5 cm. En este caso es necesario hacer un filo no mayor de 2 mm en el extremo del cilindro, con el fin de facilitar la penetración. El largo del cilindro debe ser superior a los 30 cm. Es conveniente colocar una manilla de acero soldada para facilitar el transporte. Se recomienda el uso de un mínimo de tres cilindros para cada determinación.

9. Martillo. Es necesario un martillo pesado para la labor de penetración del cilindro en el suelo. El peso adecuado es de 8 -15 kilos. Un buen martinete puede ser construido colocando un mango a un trozo de acero de 2 pulgadas de grueso. Si el trozo de acero es de 15 cm de ancho y 20 cm de largo, el martillo pesará alrededor de 15 kilos. Un trozo de riel de ferrocarril puede servir como base en la construcción de un martinete.

10. Estanque de agua. Es necesario un estanque de agua de 40-60 litros en caso de que la distancia desde la fuente de agua al lugar de la prueba sea muy grande; además es conveniente tener un par de baldes de 10-15 litros.

11. Calidad del agua a usar. En estudios de infiltración debe usarse la misma calidad de agua usada para el riego; por lo tanto el agua a usar para dichos estudios debe ser obtenida de las acequias o canales de riego más cercanos al lugar de la determinación. Donde esto no es posible se requiere un estanque de gran capacidad o varios más pequeños, con el fin de proveer el agua suficiente a los cilindros infiltrómetros y la poza o cilindro exterior. En estudios de este tipo puede utilizarse un tambor de 200 litros al cual se le instala una llave en la base, o galones plásticos de 60 litros.

12. Aparato medidor. La forma más corriente de medir es instalar una regla de alrededor de 30 cm, cuya escala sea de fácil lectura, y determinar diferencias de 1 mm. Esta regla debe tener un pequeño orificio con el fin de hacerla penetrar en un pequeño vástago que sobresalga del interior del cilindro.

13. Protector de erosión. Un pedazo de plástico, papel grueso o un trozo de madera delgado sirven como protectores del suelo al ser colocados en el fondo del cilindro durante la primera aplicación de agua. Así se protegerá de cualquier alteración física que pueda producir el impacto del agua sobre el suelo.

14.Reloj o cronómetro. Cualquier tipo de reloj que pueda leerse con una aproximación de un minuto podrá ser utilizado satisfactoriamente.

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b. Instalación

6. Seleccionar un lugar para cada cilindro; examinar cuidadosamente que allí no exista alguna alteración física del suelo, deposiciones de animales, o piedras que se puedan dañar o impedir la penetración del cilindro.  Se debe evitar aquellas áreas que pueden haber sido afectadas por el tráfico de animales o maquinaria. La distancia a la que deben colocarse los cilindros de un set para una prueba no debe ser mayor de 15 metros; deben ubicarse formando triángulo, con el fin de facilitar las lecturas al operar simultáneamente con cada uno de ellos.

7. Colocar el cilindro en el lugar determinado y presionar con fuerza sobre el suelo, haciéndole girar, cuidando que  el cilindro  no quede  inclinado.

8. Colocar sobre el cilindro un trozo de madera o metal sobre el  cual se golpeará con el martillo para introducir el cilindro en el suelo. Comprobar que el cilindro va penetrando en forma pareja en el suelo; para ello puede colocarse un nivel de carpintero sobre el cilindro, aunque normalmente es suficiente la apreciación visual.

9. Golpear con el martillo hasta que el cilindro haya penetrado  hasta una profundidad de 15 a 20 cm. La nivelación o inclinación  con  que  va  penetrando  el  cilindro respecto a la superficie  del suelo debe ser controlada con frecuencia. El cilindro no debe introducirse irregularmente en el suelo; en otras palabras, no debe golpearse a un lado primero y luego al otro lado con el fin de emparejarlo. Esto produce un mal contacto entre las paredes del cilindro y el suelo y puede alterar la estructura del suelo dentro del cilindro. Por lo tanto, si el cilindro ha penetrado en forma inconveniente en el suelo debe removerse y colocarse nuevamente en un lugar cercano.

10. Construir una poza homogeneizadora alrededor del cilindro; una forma fácil y que produce buenos resultados es hacer un pretil alrededor del cilindro. Este debe tener una altura de 10 a 15 cm y la pared interna debe quedar a una distancia  mínima de 20 cm  del cilindro. En la construcción del pretil no debe alterarse el suelo que va a quedar entre este último y el cilindro.

c. Operación

11. Llenar la poza homogeneizadora (si la hubiera) con agua, a una profundidad mínima de 5 cm y mantener esta altura de agua a través de todo el período de observación. Si bien esta altura de agua no es de fundamental importancia, requiere sin embargo un constante suministro de agua en la poza.

12. Colocar un aparato protector de erosión (plástico, madera u otro) dentro del cilindro.

13. Llenar con agua el cilindro interior hasta una profundidad de 15-20 cm. 14. Extraer rápidamente el aparato protector de erosión.15. Medir el nivel de agua en la regla previamente instalada en el cilindro; es

importante marcar este nivel para realizar las lecturas  subsiguientes en el mismo punto. La operación de llenado del cilindro debe ser muy rápida y la medición inicial de la superficie de agua tiene que ser hecha inmediatamente

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para reducir los errores debidos a la infiltración que se produce durante este período.

16. Anotar en la hoja de registros la lectura que indique el aparato medidor y el momento en que fue hecha la observación.

17. Realizar mediciones de altura de agua en el cilindro a intervalos periódicos, anotando los valores observados; al comienzo de la prueba los intervalos deben durar de 5 a 10 minutos. Para la mayoría de los suelos, observaciones hechas al final de 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, y 120 minutos y  luego cada una hora permiten obtener una adecuada información. Suelos de alta velocidad de infiltración requieren mediciones más frecuentes. Como regla general, la infiltración entre 2 mediciones no debería ser mayor de 3 cm. Las mediciones deberían  realizarse por un tiempo de 3-4 horas. Sin embargo, en suelos de alta velocidad de infiltración rara vez es necesario extender la prueba más allá del tiempo que se requiere para agregar al suelo una lámina de 10 cm. Por otro lado, en suelos de muy baja velocidad de infiltración puede ser conveniente prolongar la prueba por más de 4 horas.

18. Cuando el nivel de agua ha bajado alrededor de 6 cm en el cilindro es necesario rellenar el nivel inicial; esta rango de fluctuación del nivel de agua debe mantenerse durante toda la prueba. Cuando se realiza un relleno debe medirse la altura de agua antes y después de la operación y realizarla en forma muy rápida, para evitar errores debidos a la infiltración durante el tiempo que dure esa tarea. Al utilizar la información se asume que el relleno se realiza en forma instantánea.

19. Cuando la infiltración es anormalmente alta o baja debería examinarse cuidadosamente el suelo y asegurarse que el cilindro esté correctamente instalado.

20. Una vez terminada la prueba, remover y limpiar los cilindros.

d. Elaboración de la información

5. Cálculo de la infiltración acumulada h, para cada cilindro. La información es registrada en la forma en que se muestra en el Cuadro siguiente. Allí aparecen las columnas "altura de agua" para un cilindro y para los diferentes períodos de tiempos considerados en la primera columna.

Tiempo(min.)

Altura de agua  (cm)

Infiltración acumulada (h)  (cm)

0 20.0 0.0 5 19.1 0.9

10 18.8 1.2 20 18.0 2.0 30 17.0 3.0 45 16.8 3.2 60 15.6 4.4 90 14.0 6.0 *** 21.0   120 19.6 7.4 180 18.8 8.2 240 17.6 9.4

*** Corresponde a un relleno de 7 cm cuando el agua alcanzo un nivel al interior del tubo de 14 cm, es decir un descenso de 6 cm.

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6. A partir de ese Cuadro se ha desarrollado un ejemplo que sirve para explicar el procedimiento de cálculo. A partir de la columna "altura de agua" para el respectivo cilindro, se restan los valores registrados a los diferentes tiempos, del valor de altura de agua al tiempo cero. Por ejemplo: determinar la infiltración acumulada a los 10 minutos para el cilindro. Para ello se resta de la altura de agua a los 10 minutos correspondientes de este cilindro la que es igual a 18.8 cm. del valor al tiempo cero, 20 cm. Luego 20-18.8 = 1.2 o sea h = 1,2 cm. Cuando se computan lecturas en que se ha realizado relleno del cilindro se utiliza el mismo procedimiento de cálculo pero ahora los valores se restan (a partir de la altura correspondiente al tiempo en que se realizó el último relleno) al valor obtenido en el último relleno. Al valor obtenido en esta forma se le agrega la infiltración acumulada, h, obtenida en el momento en que se realizó el relleno. Ej.: Determinar la infiltración acumulada, h, que se produce a los 120 minutos para el cilindro. De acuerdo al procedimiento indicado, se tiene que el último relleno se realizó a los 90 minutos, obteniéndose un valor de altura de agua de 21.0 cm. El valor obtenido a los 120 minutos es de 19.6, luego 21.0 - 19.6 = 1.4 cm. Por otro lado, el valor de infiltración acumulado h cuando se realizó el relleno a los 90 minutos es 6.0 cm., luego 1.4 + 6.0 = 7.4 cm.

7. Elaboración de gráficos. Una vez calculados los valores de infiltración h, se grafican con respecto al tiempo correspondiente que aparece en la primera columna, trazándose luego la curva que mejor se aproxime a los puntos determinados. La elaboración de estos gráficos no es necesaria cuando los datos experimentales son relacionados entre sí por medio de ecuaciones (punto 3).

8. Cálculo de la velocidad de infiltración. Los valores de infiltración acumulada h, que aparecen en el Cuadro (última columna) pueden relacionarse con el tiempo T de la columna 1, a través de una expresión similar a la Ecuación 3 (h = C*T^b). Los valores del coeficiente C y el exponente b pueden obtenerse a través de un análisis de regresión lineal. Conocidos los valores de C y b, pueden obtenerse el coeficiente K y el exponente n de la Ecuación 1 de velocidad de infiltración (l = K *T^n), a través de las siguientes relaciones:

  K = 60 *C*b  

n = b - 1  

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