Recursos Hídricos Conceptos Básicoas y estudios de caso en ...

1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores

Recursos HdricosConceptos bsicos

y estudios de caso en Iberoamrica

Carlos Daz DelgadoMara Vicenta Esteller Alberich

Fernando Lpez-VeraEditores

2 Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica

Publicado conjuntamente por:Piriguaz EdicionesTel.: (598-2) 900 4439; fax: (598-2) 311 3136. San Jos 1018, Ap. 203, Montevideo, Uruguay.Correo electrnico: [email protected] Interamericano de Recursos del Agua, Universidad Autnoma del Estado de MxicoTel.: (52-72) 96 5550, fax: (52-72) 96 5551. Cerro de Coatepec, C.U. Toluca, Estado de Mxico, C.P. 50130, MxicoCorreo electrnico: [email protected]

Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin del Agua, Centro Interamericano de Recursos de Agua, Facultad de Ingeniera,Universidad Autnoma del Estado de Mxico (Mxico) y Piriguaz ediciones (Uruguay) (2005).

Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores.Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica. Montevideo / Toluca,Piriguaz Ediciones / CIRA-UAEM, 2005, 747 p., ilustraciones, figuras, cuadros y grficos.

ISBN (Piriguaz): 9974-7571-6-9

Publicado con el apoyo de: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa (Conacyt, Mxico) Universidad Autnoma del Estado de Mxico (UAEM) Secretara General de Investigacin y Estudios Avanzados (SGIYEA-UAEM) Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) Facultad de Ingeniera (UAEM) Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED) Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin del Agua (RIPDA-CYTED, RED XVII.D) Red Iberoamericana de Vulnerabilidad de Acuferos (CYTED, RED XVII.A)

Autores de textos:Prlogo: Danilo AntnMensaje de los editores: Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-VeraSeccin I. Introduccin y captulos I.1 y I.2: Fernando Lpez-VeraSeccin II. Introduccin:Carlos Daz Delgado. Captulo II.1: Carlos Daz Delgado, Khalidou M. B y Mara Vicenta Esteller Alberich. CaptulosII.2,II. 3,II.4 y II. 5: Irene de Bustamante y Juana Mara Sanz Garca. Captulo II.6: Carlos Daz Delgado, Khalidou M. B y Jos Llamas Siendones.Captulo II.7: Ignacio Morell. Captulo II.8: Juan Antonio Garca Aragn y Remigio Galrraga Snchez. Captulo II.9: Carlos Daz Delgado,Khalidou M. B. Captulo II.10: Alin Andrei Crsteanu, Khalidou M. B y Carlos Daz Delgado. Captulo II.11: Khalidou M. B y Carlos Daz Delgado.Captulo II.12: Eduardo Trujillo Flores , Carlos Daz Delgado, Khalidou M. B. Captulo II.13: Alin Andrei Crsteanu. Captulo II.14 : Irma Vila PintoSeccin III. Introduccin y captulo III.1: Mara Vicenta Esteller Alberich y Suely Schuartz Pacheco Mestrinho. Captulo III.2: Remigio GalrragaSnchez y Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo III.3: Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo III.4: Irene De Bustamante, Jos Luis Corveay Juana Mara Sanz Garca. Captulo III.5: Mara Vicenta Esteller Alberich, Ignacio Morell y Remigio Galrraga Snchez. Captulo III.6: MaraVicenta Esteller Alberich y Remigio Galrraga Snchez. Captulo III.7: Remigio Galrraga SnchezSeccin IV. Introduccin: Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo IV.1: Suely Schuartz Pacheco Mestrinho, Alicia Fernndez Cirelli y Cecilia D.Di Risio. Captulos IV.2 y IV. 6: Alicia Fernndez Cirelli y Cecilia D. Di Risio. Captulo IV.3: Suely Schuartz Pacheco Mestrinho. Captulo IV.4: SuelySchuartz Pacheco Mestrinho, Alicia Fernndez Cirelli, Cecilia D. Di Risio y Mara Vicenta Esteller. Captulo IV.5: Miquel Salgot de MarcaySeccin V. Introduccin: Mara Vicenta Esteller Alberich. CaptuloV. 1: Antonio Eduardo Lanna y Carlos Andr Mendes. Captulos V.2, V.3, V.4y V.6: Carlos Andr Mendes y Antonio Eduardo Lanna. Captulo V.5: Lucas Fernndez ReyesSeccin VI. Introduccin:Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo VI.1: Miquel Salgot de Marcay, Mara Anglica Mondaca y Vctor Campos.Captulos VI.2, VI.3 y VI.4: Miquel Salgot de Marcay. Captulo VI.5: Ricardo Hirata y Amlia Fernndes. Captulo VI.6: Ricardo Hirata, JulianaBaitz, Doris Liliana Otlvaro. Captulo 7. Mara Vicenta Esteller Alberich. Captulo 8. Gerardo Ramos Gonzlez.Seccin VII. Introduccin, captulos del VII.1, al VII.5: Antonio Eduardo LannaSeccin VIII. Introduccin: Carlos Daz Delgado. Captulo VIII.1: Jos Emilio Bar Surez. Captulo VIII.2: Pilar Cisneros Brito. Captulos VIII.3 yVIII.4: Lilliana Arrieta Quesada. Captulo VIII.5: Pedro vila Prez, Graciela Zaraza Ortega, Icela Barcel Quintal, Carlos Daz Delgado e IrmaRosas Prez. Captulo VIII.6: Raymundo Garrido. Captulo VIII.7: Danilo Antn, Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich, EmmanuelleQuentin, Juan Antonio Garca Aragn y Khalidou M.B. Captulo VIII.8:Damin Indij.Seccin IX. Introduccin y captulos del IX.1 al IX.4: Jos Manuel Murillo Daz.

Cuidado de la edicin: Alejandra Santana, Leobardo de Jess y Luis Brito CruzProgramacin e integracin de medios: La Octava Casa (www.laoctavacasa.com)Fotografa: Ruth Hernndez Prez, Martha C. Villaveces LpezRealizacin grfica: Alejandra SantanaIlustraciones de portada y contraportada: Ruth Hernndez Prez y Nelly Mara Daz ReynosoImpreso en Uruguay, septiembre de 2005


Carlos Daz Delgado, es profesor-investigador del Centro Interamericano de

Recursos del Agua (CIRA) dependencia acadmica de la Facultad de Ingeniera de la

Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Mxico. Profesor de los cursos de

posgrado de Hidrologa Paramtrica, Hidrologa Estadstica, Redes de Abas-

tecimiento de Agua Potable, Hidrologa Urbana y Tcnicas de Muestreo Hidrolgico.

En 1985 obtuvo el grado de Ingeniero Civil en la Universidad Autnoma de Quertaro,

Quertaro, Mxico, en 1988 el grado de Maestro en Ciencias-Ingeniera Civil y en

1991 el grado de Doctor en Ingeniera, Ph. D. (Hidrologa) en la Universidad Laval,

Quebec, Canad. De 1994 a 2002 y de 2005 a la fecha ha sido Coordinador del Centro

Interamericano de Recursos del Agua-UAEM, Mxico. Es miembro de la Orden de

Ingenieros de Quebec, Canad, desde 1994, certificado como Professional Hydrologist

por la AIH, Estados Unidos, Perito Profesional en las reas Hidrulicas y Sanitaria

por el Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Mxico (2005) y miembro del

Sistema Nacional de Investigadores (SNI) en Mxico (Conacyt, Mxico) desde 1994.

Es Investigador invitado del Centro de Excelencia en Investigaciones de Hidrologa

Estadstica de Hydro-Qubec-INRS-ETE, desde 1999. Desde 2001 es Coordinador

de la Red Iberoamericana de Potabilizacin y Depuracin de Agua (RED XVII.D, RIPDA-

CYTED), Desde 2004 es miembro del Consejo de Administracin de la red Latin

American Water Education Training Network (LA-WETnet). Tiene en su haber ms de

40 publicaciones tcnicas y de divulgacin cientfica y es coautor de los libros

Contribuciones al manejo de los recursos hdricos en Amrica Latina (1997), Sequa

en un mundo de agua (2000; 2002), Elementos bsicos de riego presurizado para pro-

ductores: microirrigacin (2002), Agua potable para comunidades rurales, reuso y

tratamientos avanzados de aguas residuales domsticas libro electrnico (2003),

Elementos bsicos de riego presurizado para productores: relaciones agua-suelo-

planta-atmsfera (2003) y Manual de evaluacin de plantas potabilizadoras (2004).

Mara Vicenta Esteller Alberich , es profesora-investigadora del Centro

Interamericano de Recursos del Agua, dependencia acadmica de la Facultad de

Ingeniera de la Universidad Autnoma del Estado de Mxico. Imparte docencia

en cursos relacionados con el tema de las aguas subterrneas, como es Hidro-

geologa, Contaminacin de Acuferos y Proteccin y Recuperacin de Acuferos.

Es licenciada en Ciencias Geolgicas por la Universidad de Granada, Espaa, y

obtuvo su ttulo de Doctor en Hidrogeologa en esta misma Universidad con una

tesis sobre reutilizacin de aguas residuales en la agricultura. Es miembro del

Sistema Nacional de Investigadores (Conacyt, Mxico) desde 1998. Ha participado

en proyectos de investigacin internacionales en Espaa, Portugal, Cuba y

Editores


Honduras. Ha publicado artculos en revistas internacionales sobre temas

relacionados con el uso de aguas residuales para riego, aplicacin de bioslidos

en la agricultura, y sobre contaminacin y sobreexplotacin de acuferos. Igualmente

ha colaborado en varios libros, as como en su edicin.

Fernando Lpez-Vera, es catedrtico de Geodinmica e Hidrogeologa de la

Universidad Autnoma de Madrid (Espaa), desde 1986, donde imparte diversos

cursos sobre Hidrogeologa, Hidrogeoqumica convencional e isotpica, Hidrologa

y Gestin de Recursos Hdricos, Gestin de la Calidad del Agua, Contaminacin de

Aguas Subterrneas y Proteccin y Recuperacin de Acuferos. Asimismo, ha

impartido cursos y conferencias sobre esta temtica en las Universidades de Buenos

Aires y La Plata (Repblica de Argentina), Universidad de La Serena (Chile), Universidad

Catlica de Ro de Janeiro y Universidad Federal del Baha (Brasil), Universidad de

La Habana y CUJAE (Cuba), UNAM (Mxico), Universidad Catlica de Lima (Per),

Universidad de Asuncin (Paraguay), Universidad Politcnica de Quito (Ecuador), CIF

de Antigua (Guatemala), CIF de Cartagena de Indias (Colombia), Universidad Nacional

de Costa Rica (Costa Rica). Ha desarrollado misiones cientficas y consultoras en:

Argentina, Brasil, Chile, Costa Rica, Honduras, Mxico y Per. Ha sido miembro de la

comisin de aguas del Consejo Asesor de Medio Ambiente del Ministerio de Medio

Ambiente de Espaa, ha participado en diversas comisiones gubernamentales y de

ONGs y emitido dictmenes en temas relacionados con recursos hdricos y medio

ambiente. Coordinador de la Red AGUA del programa ALFA para Latinoamrica, de

la Unin Europea y de la Red de Vulnerabilidad de Acuferos del Programa

Iberoamericano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED), desde las cuales

ha organizado diversos talleres, cursos y seminarios, e impulsado proyectos de

investigacin. Miembro fundador del Grupo Espaol de la Asociacin Internacional

de Hidrogelogos, de la Asociacin Espaola de Hidrologa Subterrnea y del Club

del Agua Subterrnea y miembro de la Asociacin Latinoamrica de Hidrologa

Subterrnea para el Desarrollo (ALHSUD), asociaciones en las que ha ocupado u

ocupa en la actualidad varios cargos. Licenciado en Ciencias Geolgicas en 1973,

Dr. en Geologa Econmica por la Universidad Complutense de Madrid y Diplomado

en Hidrogeologa. Ha Realizado estancias en las Universidades de Arizona en Tucson

y Connecticut (Estados Unidos) y en la Universidad de Pars VI (Francia). Autor de

cuatro libros y 86 artculos, director de 12 tesis doctorales, ha participado o dirigido

numerosos proyectos de carcter cientfico o profesional.


Prlogo

Mensaje de los editores

Seccin I. Generalidades de los recursos hdricosIntroduccin

Captulo I.1. El dominio del agua y sus ciclos

Captulo I.2. El ciclo hidrolgico y el balance hdrico

Bibliografa

Seccin II. Hidrologa superficialIntroduccin

Captulo II.1. Caractersticas fisiogrficas de una cuenca

Captulo II.2. La atmsfera

Captulo II.3. Las precipitaciones y su medida

Captulo II.4. La evapotranspiracin

Captulo II.5. La infiltracin y su medida

Captulo II.6. Escurrimiento

Captulo II.7. Hidrometra

Captulo II.8. Hidrulica fluvial

Captulo II.9. Trnsito de avenidas

Captulo II.10. Nociones de hidrologa estocstica

Captulo II.11. Estimacin de eventos hidrolgicos mximos

Captulo II.12. Estimacin de eventos hidrolgicos mximos: caso de estudio

Captulo II.13. Estimacin de sequas

Captulo II.14. Los sistemas acuticos continentales y su caracterizacin limnolgica

Bibliografa

Seccin III. Hidrologa subterrneaIntroduccin

Captulo III.1. Acuferos y unidades hidrogeolgicas

Captulo III.2. Flujo en medios porosos y fisurados

Pgina

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III-15

Contenido


Captulo III.3. Piezometra y redes de flujo

Captulo III.4. Prospeccin de aguas subterrneas

Captulo III.5. Captacin de aguas subterrneas

Captulo III.6. Hidrulica de pozos

Captulo III.7. Caso de estudio de un acufero andino

Bibliografa

Seccin IV. Hidroqumica y calidad del aguaIntroduccin

Captulo IV.1. Propiedades del agua

Captulo IV.2. Qumica del agua: reacciones y procesos

Captulo IV.3. Fundamentos de hidrogeoqumica

Captulo IV.4. Criterios e ndices de calidad del agua

Captulo IV.5. Mecanismos de transporte de contaminantes en subsuperficie

Captulo IV.6. Caso de estudio: hidroqumica de las lagunas pampsicas encadenadas

de Chascomus (Argentina)

Bibliografa

Seccin V. Sistemas de utilizacin de recursos hdricosIntroduccin

Captulo V.1. Sistemas de utilizacin del agua: urbano, agrcola e industrial

Captulo V.2. Modelacin cartogrfica de sistemas de utilizacin

Captulo V.3. Agregacin territorial de sistemas

Captulo V.4. Unidades de demanda

Captulo V.5. Teledeteccin y sistemas de informacin geogrfica para la obtencin,

anlisis y gestin de la informacin hidrolgica

Captulo V.6. Sistemas de utilizacin del agua. Caso de estudio

Bibliografa

Seccin VI. Conservacin de los recursos hdricosIntroduccin

Captulo VI.1. Vertidos: aguas residuales, generacin, composicin y parmetros de medida

Captulo VI.2. Planes de saneamiento, sistemas de alcantarillado, gestin de vertidos y

criterios administrativos

Captulo VI.3. Sistemas centralizados vs. sistemas descentralizados, reduccin de la

contaminacin y caudales en origen, sistemas individuales y colectivos

III-25

III-33

III-53

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Captulo VI.4. La reutilizacin de aguas residuales, el concepto de riesgo y su aplicacin

a la reutilizacin y legislacin comparada

Captulo VI.5. Vulnerabilidad de acuferos a la contaminacin antrpica

Captulo VI.6. Permetros de proteccin de pozos

Captulo VI.7. Recarga artificial de acuferos

Captulo VI.8. Metodologa para el desarrollo de sondeos de inyeccin profunda

con aplicacin a la gestin de residuos lquidos

Bibliografa

Seccin VII. Gestin de recursos hdricosIntroduccin

Captulo VII.1. Modelos de gestin de cuencas: aspectos institucionales de la gestin

de las aguas, organizacin y legislacin

Captulo VII.2. Organismos de cuenca

Captulo VII.3. Matemtica financiera

Captulo VII.4. Criterios integrados en el anlisis econmico

Captulo VII.5. Incertidumbres en proyectos de recursos hdricos

Bibliografa

Seccin VIII. Anlisis crtico a una gestin de recursos hdricosinapropiada: impactos ambientales y socialesIntroduccin

Captulo VIII.1. Metodologa para estudios de impacto ambiental de obras hidrulicas

Captulo VIII.2. Percepcin social de los problemas hidrolgicos y ambientales

Captulo VIII.3. Gestin de recursos hdricos y el fenmeno global del cambio climtico

Captulo VIII.4. Gestin del agua con equidad de gnero

Captulo VIII.5. Afeccin a los sistemas acuticos por actividades antrpicas

Captulo VIII.6. Anlisis crtico sobre trasvases de agua entre cuencas: caso de estudio

de la cuenca del ro San Francisco, Brasil

Captulo VIII.7. Una propuesta de gestin entrpica de recursos hdricos

Captulo VIII.8. La formacin de redes en gestin integrada de recursos hdricos

Bibliografa

Seccin IX. Uso integrado del agua: casos de estudioIntroduccin

Captulo IX.1. Generalidades del uso conjunto de aguas superficiales y subterrneas

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VI-61

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VIII-27

VIII-35

VIII-41

VIII-63

VIII-77

VIII-93

VIII-101

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IX-5


Captulo IX.2. Las aguas subterrneas en los esquemas de uso conjunto

Captulo IX.3. El uso conjunto de aguas en Espaa

Captulo IX.4. Programa de uso conjunto de aguas en Espaa: primeros estudios realizados

Bibliografa

ndice analtico

IX-15

IX-19

IX-27

IX-37

I


ndice de autoresGrado

Dra.

Dr.

Dra.

Dr.

Dr.

Dr.

Dra.

M. A.

Dr.

Dra.

M.C.A.

Dra.

Dr.

Dr.

M.C.A.

Dra.

NombreAlicia Fernndez Cirelli

Alin A. Crsteanu

Amlia Fernndes

Antonio Eduardo Lanna

Carlos Andr Mendes

Carlos Daz Delgado

Cecilia D. Di Risio

Damin Indij

Danilo Antn Giudice

Doris Liliana Otlvaro

Eduardo Trujillo Flores

Emmanuelle Quentin

Fernando Lpez-Vera

Gerardo Ramos Gonzlez

Graciela Zaraza Ortega

Icela Barcel Quintal

Empleo y AdscripcinDirectora del Centro de Estudios Transdiciplinario del Agua,Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad de BuenosAires, Argentina.

Profesor Investigador, Centro de Investigacin y EstudiosAvanzados, Departamento de Matemticas, InstitutoPolitcnico Nacional, Mxico.

Investigadora,Instituto Geolgico, Secretara de MedioAmbiente del Estado de Sao Paulo, Brasil.

Profesor Investigador, Instituto de InvestigacionesHidrulicas, Universidad Federal de Rio Grande do Sul,Brasil.

Profesor Investigador, Instituto de InvestigacionesHidrulicas, Universidad Federal de Rio Grande do Sul,Brasil.

Profesor Investigador, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.

Profesora, Universidad de Buenos Aires y Universidad deBelgrano, Argentina.

Coordinador de la Red Latinoamericana de Desarrollo deCapacidades en GIRH (LAWetnet), Argentina.

Investigador invitado, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.

Profesor Investigador, Laboratorio de Modelos Fsicos,Instituto de Geociencias, Universidad de Sao Paulo, Brasil.

Profesor Investigador, Centro Interamericano de Recursosdel Agua, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnomadel Estado de Mxico, Mxico.

Profesora investigadora, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.

Catedrtico de Geodinmica e Hidrogeologa.Facultad deCiencias C-VIUniversidad Autnoma de Madrid, Espaa.

Ingeniero de Minas, Instituto Geolgico y Minero deEspaa (IGME).

Investigadora, Instituto Nacional de InvestigacionesNucleares, Centro Nuclear Dr. Nabor Carrillo Flores,Gerencia de Ciencias Ambientales, Mxico.

Investigadora, Universidad Autnoma Metropolitana,Unidad Azcapotzalco, Departamento de Ciencias Bsicas,Mxico.

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

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[email protected]

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GradoDr.

Dra.

Dra.

Dra.

M. G.

Dra.

Dr.

Dr.

Dr.

Dra.

Dra.

Dr.

M. Sc.

Dr.

Dra.

Dra.

NombreIgnacio Morell

Irene De Bustamante

Irma Rosas Prez

Irma Vila Pinto

Jos Emilio Bar Surez

Jos Luis Corvea Porras

Jos Llamas Siendones

Jos Manuel Murillo Daz

Juan Antonio Garca Aragn

Juana Mara Sanz Garca

Juliana Baitz Viviani

Khalidou M. B

Lilliana Arrieta Quesada

Lucas Fernndez Reyes

Mara Anglica Mondaca J.

Mara Vicenta EstellerAlberich

Empleo y AdscripcinCatedrtico de Hidrogeologa, Instituto Universitario dePlaguicidas y Aguas. Universidad Jaime I, Castelln,Espaa.

Profesora Titular del Departamento de Geologa,Universidad de Alcal, Espaa.

Directora, Programa Universitario de Medio Ambiente eInvestigadora, Centro de Ciencias de la Atmsfera,Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Mxico.

Investigadora, Laboratorio de Limnologa, Departamentode Ciencias Ecolgicas, Facultad de Ciencias,Universidad de Chile, Chile.

Profesor, Facultad de Planeacin Urbana y Regional,Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Mxico.

Especialista ambiental. Jardn Botnico. Pinar del Ro,Cuba.

Fundador, Centro Interamericano de Recursos del Agua,Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma delEstado de Mxico, Mxico.

Ingeniero de Minas, Instituto Geolgico y Minero deEspaa (IGME).

Profesor Investigador, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.

Directora del CITME (Crculo de Innovacin enTecnologas Medioambientales), Universidad de Alcal,Espaa.

Profesor Investigador, Laboratorio de Modelos Fsicos,Instituto de Geociencias, Universidad de Sao Paulo,Brasil.

Profesor Investigador, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.

Consultora internacional en derecho ambiental,Profesora, Universidad de Costa Rica y Universidad deLa Salle, Costa Rica.

Investigador, Centro de gerencia de programas yproyectos priorizados (GEPROP), Cuba.

Directora del Departamento de Microbiologa, Facultadde Ciencias Biolgicas, Universidad de Concepcin,Chile.

Profesora Investigadora, Centro Interamericano deRecursos del Agua, Facultad de Ingeniera, UniversidadAutnoma del Estado de Mxico, Mxico.

[email protected]

[email protected]

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[email protected]

[email protected]

[email protected]

GradoDr.

Dr.

Dra.

M. Sc.

M.Sc.

Dr.

Dra.

Dr.

NombreMiquel Salgot de Marcay

Pedro vila Prez

Pilar Cisneros Brito

Raymundo Garrido

Remigio Galrraga Snchez

Ricardo Hirata

Suely Schuartz PachecoMestrinho

Vctor Campos A.

Empleo y AdscripcinCatedrtico, Unidad de Edafologa, Facultad deFarmacia, Universidad de Barcelona, Espaa.

Gerente, Instituto Nacional de InvestigacionesNucleares, Centro Nuclear Dr. Nabor Carrillo Flores,Gerencia de Ciencias Ambientales, Mxico.

Profesora de Comunicacin Social. Facultad de CC.Polticas y Sociales, Universidad Complutense, Espaa.

Profesor, Universidad Federal de Baha, Brasil.Ex-Secretario de Recursos Hdricos de Brasil.

Profesor, Departamento de Ciencias del Agua, EscuelaPolitcnica Nacional, Ecuador.

Profesor Investigador, Instituto de Geociencias,Universidade da Sao Paulo, Brasil.

Investigadora - Consultora en Recursos Hdricos, Centrode Investigacin y Extensin, Universidad Catlica deSalvador, Brasil.

Profesor del Departamento de Microbiologa, Facultadde Ciencias Biolgicas, Universidad de Concepcin,Chile.

iCarlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores

Prlogo

En nuestro planeta el agua se encuentra en todas partes, en los mares, en las selvas y praderas, en los ros,lagos y pantanos, incluso en los desiertos ms ridos y en las calotas glaciares. Hay agua en las entraasvolcnicas y en las altas capas de la atmsfera. No hay proceso terrestre ni biolgico que no la involucre de

alguna manera, directa o indirectamente.

Tambin en la vida de las sociedades el agua juega un papel principal e inevitable. No slo es un elemento

indispensable de la fisiologa humana, sino que permite la produccin agrcola e industrial, el funcionamiento de

las grandes ciudades, y por supuesto, la preservacin y salud de los ecosistemas naturales.

A pesar de su trascendental importancia, reconocida universalmente por todas las culturas, la ciencia moderna,

a menudo reduccionista, ha pasado por alto el carcter abarcativo y holstico del fenmeno hdrico, mostrndose

incapaz de enfocarlo en forma integrada y sabia, como correspondera de acuerdo a su esencialidad vital

indiscutible.

Durante muchos milenios, a travs de enfoques espirituales, los pueblos nativos de Amrica haban logrado

preservar la mayor parte de los recursos hdricos del continente sin mayor deterioro ni degradacin.

Para ellos el agua era y es sagrada, de alguna manera en ella residen los espritus de los ancestros, la sangre

de la tierra, la fuerza de la fecundidad, el porqu de la vida. No necesitaron estudios sesudos de laboratorio para

comprender estas verdades.

En el mundo de la ciencia industrial, saturado de informacin especializada y compleja, no qued mucho

espacio para los espritus. Tampoco se tomaron en serio las precauciones que las comunidades indgenas

asumieron al adoptar y desarrollar sus prcticas ambientales y culturales.

En su bsqueda afanosa del conocimiento, los cientficos se especializaron ms y ms en asuntos cada vez

ms restringidos. Perdieron la nocin del todo, de la integralidad de la naturaleza.

Y en ese camino de la especializacin a menudo se olvidaron del ms esencial y general de los elementos

naturales, el agua.

Por esa razn, en este mundo contemporneo donde nos toca vivir, resulta tan complejo encarar el estudio del

agua. Hay demasiados puntos de vista y pocas vas de comunicacin que permitan relacionarlos.

An ms difcil es armonizar las decisiones y acciones humanas para utilizar, gestionar y preservar el agua en

sus mltiples formas y regmenes.

Desde el punto de vista cientfico el agua atraviesa transversalmente todas las disciplinas. El tema hdrico es

multidisciplinario por definicin.

Tal vez por eso mismo es que son casi inexistentes los especialistas en el lquido vital.

ii Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica

El agua es objeto de estudio en las ciencias fsicas y qumicas, en las ciencias de la tierra, en la biologa y la

ecologa, en la economa y las ciencias sociales y humanas, en la cultura y la religin. Es tambin un elemento

o herramienta imprescindible en las reas constructivas y productivas, en la ingeniera, en la agronoma, en la

medicina, en la poltica.

La coordinacin de todos estos profesionales y especialistas con pticas tan variadas, es muy difcil, a veces

casi imposible.

Sin embargo, no parece viable desarrollar una calidad de vida humana y social saludable y prspera sin

integrar todas esas partes que parecen funcionar en forma tan separada.

De eso se trata. De hacer realidad la interdisciplinariedad en las especialidades hidrolgicas, en las que

podramos llamar ciencias del agua.

Este trabajo complejo elaborado y compilado por Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y

Fernando Lpez-Vera, es indudablemente un avance importante en ese sentido.

Los editores han recorrido prcticamente todo el espectro relacionado con el agua permeando todas las

actividades humanas.

En este completsimo tratado, un selecto equipo de profesionales relacionados con el agua encaran los

diferentes puntos de vista: los aspectos climatolgicos e hidrolgicos, la hidrogeologa, la hidroqumica, la

metodologa y herramientas de anlisis, las polticas de conservacin y gestin de los recursos hdricos, los

estudios econmicos y financieros, los impactos ambientales y sociales, los temas de gnero, en fin, todas las

facetas de esta compleja temtica.

Consideramos que con el libro Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica los

estudiosos tendrn una fuente de formacin e informacin que habr de inspirarlos para participar en el desarrollo

de las nuevas estrategias transdisciplinarias del futuro.

Estas se habrn de elaborar a travs de la ciencia, de los conocimientos integrados y holsticos, y an ms

esencialmente, a partir de los enfoques espirituales de las culturas y las enseanzas del mundo natural que nos

precedi desde el principio de los tiempos.

De esa manera, pensamos, ojal que as sea, que el agua podr volver a constituirse en el principal factor de

sobrevivencia y armona ambiental y social en el planeta.

Danilo [email protected]

San Jos 1018 Ap. 203

Montevideo, Uruguay

(598-2) 9004439

iiiCarlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores

Mensaje de los editores

El agua como fuente de vida y en el desempeo de sus funciones: sociales, ambientales, econmicas yculturales, condiciona el desarrollo de una regin, nacin o continente, pues, la concentracin urbana, elincremento de la superficie de riego para la produccin de alimentos y la creciente contaminacin someten a

los recursos hdricos a una fuerte presin que no es posible soportar, originando situaciones de crisis. As,

mientras en ciertas localidades la satisfaccin de las necesidades en agua de sus habitantes representa un

esfuerzo cotidiano, en otras, el desperdicio es una prctica generalizada pero inadmisible.

Sin duda alguna en el mediano y largo plazo, la tendencia actual en el uso del agua es simplemente insostenible.

No es posible sufragar permanentemente el costo econmico, social y ambiental de abastecer a las grandes

urbes con escurrimientos superficiales importados desde enormes distancias, de agotar los acuferos o de

alterar la calidad de las aguas rebasando lmites de renovacin econmicamente factibles. Tampoco es posible

enfrentar el problema del agua como si la disponibilidad del recurso fuera ilimitada y gratuita.

Estas prcticas depredadoras del recurso agua han colocado, hoy en da, en el umbral del colapso, la

produccin de alimentos para los futuros pobladores del planeta Tierra. En efecto, estas prcticas inexplicables

del ser humano han logrado erosionar la economa de las naciones a tal grado que degradan el medio ambiente,

gota a gota y desmoronan, poco a poco, la esperanza de una mejor calidad de vida de sus pobladores.

El primer paso para mitigar esta apocalptica situacin y hacer posible un aprovechamiento sostenible del

agua, es poseer el conocimiento de las causas que originan su escasez, as como de las principales herramientas

para corregir el problema. An cuando esta obra est orientada a lectores en formacin a nivel profesional, y

profesionales en prctica, con estudios en ingeniera, ciencias del agua, ciencias ambientales, planeacin,

economa y carreras afines, cualquier lector encontrar informacin que le permitir entender y profundizar

conocimientos bsicos y avanzados acerca de los recursos hdricos. A lo largo de ocho secciones se abordan

los principales aspectos del ciclo hidrolgico con relacin a su cantidad, calidad, implicaciones ambientales,

econmicas y su gestin.

Este libro ha sido concebido principalmente para todos aquellos que deseen incursionar y aprender acerca

de los recursos hdricos. La obra ha sido diseada para introducir al lector en cada uno de los tpicos tratados

y subrayar la teora y conceptos bsicos. Igualmente, el lector encontrar aplicaciones reales y concretas en

estudios de caso que han sido seleccionados de la prctica profesional desarrollada en Iberoamrica.

La mayor parte de los textos de esta naturaleza son de origen norteamericano y tienden a estar basados en

informacin y prctica profesional desarrollada exclusivamente en los Estados Unidos de Norte Amrica. Este

libro ha pretendido reunir los avances ms recientes de la prctica profesional en el rea e incluir los desarrollos

y aplicaciones de la ciencia y tecnologa en recursos hdricos de los pases iberoamericanos.

iv Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica

La edicin del presente libro ha sido posible gracias a los apoyos otorgados por el Programa Iberoamericano

de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED) Subprograma XVII Aprovechamiento y Gestin de

Recursos Hdricos: Red XVII A. Red de Vulnerabilidad de Acuferos y Red XVII D. Red Iberoamericana de

Potablizacin y Depuracin del Agua (RIPDA-CYTED), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa (CONACYT-

Mxico), Coordinacin General de Investigacin y Estudios Avanzados de la Universidad Autnoma del Estado

de Mxico (CGIyEA-UAEM), Centro interamericano de Recursos del Agua, Facultad de Ingeniera de la Universidad

Autnoma del Estado de Mxico (Mxico) y la Universidad Autnoma de Madrid (Espaa).

De igual manera, es de destacar que la elaboracin del presente material ha consolidado los lazos de amistad

y colaboracin de ms de cuatro decenas de profesores, investigadores y profesionales de los recursos hdricos

de Iberoamrica.

Los editores desean expresar su agradecimiento a todas las personas e instituciones que han hecho posible

esta obra. Particularmente se expresa el agradecimiento a todos y cada uno de los autores de los captulos, por

compartir sus conocimientos y experiencias cientficas y tecnolgicas. Se agradece y reconoce, en su ms alta

expresin, todos los apoyos logsticos y financieros que han sido el pilar de este libro, el cual pretende ser de

gran ayuda para el desarrollo de los pases iberoamericanos.

Es anhelo sincero de los editores que el esfuerzo y dedicacin invertidos en la elaboracin del presente libro,

puedan proporcionar al lector las herramientas necesarias y suficientes para la comprensin de los diversos

conceptos bsicos y avanzados en materia de recursos hdricos aqu presentados.

Los editores

I-1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores

CAPTULO I.1. EL DOMINIO DEL AGUA Y SUS CICLOS

Generalidadesde los recursoshdricos

SECCIN I

I-2

SECCIN I. GENERALIDADES DE LOS RECURSOS HDRICOS

Recursos Hdricos. Conceptos bsicos y estudios de caso en Iberoamrica



Introduccin

La ciencia, la sociedad y los gobiernos se encuentran estructurados sectorialmente, esto hace que el agua yla mayora de los problemas relacionados con ella se aborden de forma sesgada y simplificada; a ellotambin ha contribuido el planteamiento pragmtico que han mantenido tradicionalmente los hidrlogos e

hidrogelogos. Sin embargo, los estrechos vnculos entre el agua, el medio ambiente y la creciente dificultad de

satisfacer las demandas de agua, han puesto de manifiesto la complejidad del problema y la necesidad de

planteamientos globales y soluciones integradoras.

Por otra parte, la disponibilidad de tcnicas de obtencin de datos globales, como las imgenes de satlite

y el desarrollo de algunas disciplinas hacen revisar y replantear algunos tpicos referentes al agua.

Sin duda, el agua es una sustancia abundante en la Tierra y el principal constituyente de los seres vivos,

asimismo es una importante fuerza que constantemente est cambiando la superficie terrestre. La importancia

econmica del agua y la necesidad de controlar sus eventos ms extremos y devastadores, tales como

inundaciones y sequas, fue comprendida desde pocas muy tempranas. Estos efectos se han valorado ms

cuando el crecimiento demogrfico, la contaminacin y la creciente demanda han convertido al recurso hdrico

en un bien escaso. Sin embargo, aunque cada da se extiende ms, an no est plenamente aceptada la idea de

que el desarrollo social (en cuanto a bienestar y calidad de vida se refiere) y econmico tiene lugar en el medio

ambiente como escenario natural. Tampoco se ha reconocido totalmente el papel que juega el agua en la

conservacin de la naturaleza.

En el campo de la calidad medioambiental, por ejemplo, el agua se trata principalmente de forma pasiva y se

olvida su papel como vehculo de solutos, mvil y qumicamente activa. En la ecologa terrestre, los procesos

subsuperficiales del agua han quedado ocultos por enfoques de caja negra; con frecuencia tambin se olvida

la estrecha relacin de la escorrenta con el clima, que a su vez se asocia con la degradacin del suelo debido

a problemas hdricos.

El medio ambiente, la economa y la sociedad, constituyen los tres elementos fundamentales del desarrollo

sostenible. La sociedad cada vez se encuentra ms implicada en los problemas relacionados con el agua, y

actualmente no se comprende una gestin del agua sino desde el enfoque social de la misma. Sin embargo, el

agua es con frecuencia objeto de una gran emotividad para amplios sectores de la sociedad, lo que dificulta una

gestin racional eficiente.

En esta seccin se pretende dar una visin global de las aguas continentales, abordndose temas como los

ciclos del agua, el ciclo hidrolgico, los ecosistemas acuticos y cmo es que la sociedad percibe los problemas

hidrolgicos y ambientales.

I-4





Captulo I.1. El dominio del aguay sus ciclos

A comienzos del siglo XX el geoqumico ruso Vernadsky clasific en tres grandes dominios o geosferas quedenomin atmsfera, hidrosfera y litosfera para designar el espacio de distribucin predominante deelementos gaseosos (atmosfricos), del agua o compuestos lticos (terrgenos). El agua (H2O) puede existir en

diversos estados fsicos: gaseoso (como vapor), lquido, slido, combinada qumicamente, absorbida (incluida

en la estructura cristalina) o adsorbida (adherida la superficie de cristales minerales). Segn Baskov (1983) es

posible encontrar agua en cantidades apreciables en una zona comprendida entre la tropopausa (lmite entre

la troposfera y la estratosfera) que se encuentra a unos 6-16 km sobre la superficie terrestre y la isoterma de

1,100C. Esta isoterma se encuentra a 15-20 km de profundidad bajo zonas de volcanismo activo y a 200-250

km bajo plataformas antiguas de la corteza continental.1

El agua se incorpor a la Tierra desde las tempranas fases de formacin, al colisionar cuerpos planetarios

formados por hielo de agua y otros gases, con otros formados por silicatos y metales. Continu incorporndose

agua hasta la fase cataclsmica, terminada hace aproximadamente tres mil millones de aos, cuando la superficie

del planeta sufri un intenso bombardeo csmico al caerle una ingente cantidad de materiales (meteoritos,

asteroides y cometas), resultantes de la formacin del Sistema Solar. Los efectos de esas fases an se conservan

sobre la superficie de la Luna o Mercurio, al carecer stos (al contrario que la Tierra) de una dinmica cortical

que borrara las huellas de los impactos.

El vapor de agua aportado por la colisin de cuerpos planetarios helados (por ejemplo cometas), junto con

la desgasificacin del agua atrapada en el manto en las etapas primigenias, y la feliz circunstancia de un efecto

invernadero moderado en la atmsfera, hacen de este planeta el nico que se conozca en el Sistema Solar en el

que fsicamente es posible la existencia de agua sobre su superficie en los estados slido, lquido y gaseoso. La

cantidad de agua en la Tierra se ha mantenido constante a lo largo de los tiempos geolgicos, aunque la

distribucin sobre su superficie ha variado.

El agua est sometida a una dinmica impulsada principalmente por las energas trmicas del Sol o del

interior de la Tierra y la fuerza de la gravedad, que hacen que est en continuo movimiento. El modelo dinmico

es conocido como ciclo del agua, auque dentro de la hidrosfera no cabe hablar de un nico modelo de ciclo del

agua sino de varios modelos, como ilustra la figura 1.

El modelo ms conocido es el que afecta a la superficie terrestre, mismo que soporta la biosfera y describe

la transferencia de agua del mar a la atmsfera, a los continentes y retorna al mar. Normalmente cuando se hace

referencia al ciclo del agua se habla de este modelo e incluso errneamente se le suele denominar global; sin

embargo, en la hidrosfera se identifican otros modelos. En la corteza ocenica el agua del mar se infiltra y

1. El espesor de la corteza continental es de 50-70 km, mientras que el de la corteza ocenica es de 5-8 km.

I-6



En el interior de la corteza continental el modelo del ciclo es diferente. El agua se mueve convectivamente por

la actividad magmtica y por las fuerzas de presin tectnicas.

Ninguno de estos modelos constituyen ciclos cerrados; por el contrario, existe entre ellos intercambios de flujo.

El que se puede denominar modelo ocenico (por mover fundamentalmente agua marina) comparte con el ciclo

superficial o meterico (por estar integrado por aguas metericas) el agua del mar. A su vez ste presenta un

intercambio de agua con el ciclo de aguas continentales profundas, dominada principalmente por agua de

formacin (por ser agua ligada a las rocas desde el momento de su formacin) aunque participa tambin de agua

meterica que percola en profundidad y agua de origen profundo (mantlico) producida por la desgasificacin

del manto terrestre (figura I.1.1). Todos los tipos de agua que intervienen mayoritariamente en los distintos modelos

pueden diferenciarse no slo por la composicin qumica de las sales disueltas sino tambin por el contenido

isotpico del oxgeno e hidrgeno.

De los diversos modelos de ciclos de agua que se reconocen en la hidrosfera es de particular inters el

integrado por las aguas metericas, pues es el que sustenta la forma de vida en la Tierra. Los modelos restantes

son de inters para el gelogo petrlogo, mineralogista o geoqumico.

El volumen total del agua en la hidrosfera se considera constante a travs del tiempo geolgico, pues aunque

existe una pequea fuga de vapor hacia el espacio exterior se estima que sta es compensada por la que aporta

circula bajo la atraccin de la gravedad por poros y fisuras de las rocas hasta que calentada por el flujo

geotrmico asciende en forma convectiva, descargndose en los fondos de los rifs a travs de chimeneas de

aguas calientes o bien de forma difusa en el fondo ocenico originando procesos hidrotermales (figura I.1.1).

Figura I.1.1. Distintos modelos de ciclo del agua en la hidrosfera terrestre. Las elipses indican ciclos del agua.

Fuente: Modificado de Lpez-Vera,1996.



la desgasificacin del manto terrestre y que constituye una fuente de agua planetaria. Sin embargo, el volumen

total puesto en juego en los distintos modelos de ciclos del agua ha variado en el tiempo geolgico, debido a

los cambios dinmicos que ha sufrido la corteza terrestre.

A pesar de que no existe unanimidad acerca de dnde establecer el lmite de las aguas subterrneas que

intervienen directamente en el ciclo meteorolgico, y por tanto resulta difcil su cuantificacin se estima la

distribucin mostrada en la tabla I.1.1.

El ciclo del agua se define como la transferencia de uno a otro reservorio y presenta como caracterstica

importante el tiempo de residencia, esto es, el tiempo promedio que una molcula de agua permanece en un

reservorio antes de ser transferido a otro. El tiempo de residencia proporciona una idea de la velocidad del flujo

en cada uno de ellos, es decir, de su dinmica. Si se le considera un ciclo global nico, el tiempo de residencia

(Tr) se calcula como el volumen de reservorio V (L3) dividido entre el flujo total de entrada o salida del reservorio

Q (L3/T).

Tr = V / Q [I.1.1]

La tabla I.1.2 muestra los tiempos de residencia estimados para los distintos reservorios, en ella se observa

que la atmsfera es un reservorio relativamente pequeo, un volumen de agua pequeo con un flujo rpido que

Tabla I.1.1. Distribucin del agua en los diferentes reservorios del ciclo de agua meterica.

ReservorioOcanos y maresHielo y nieveAgua subterrnea

DulceSalada

Agua superficialLagos de agua dulceLagos salinosMarjalesRos

Humedad del sueloAtmsferaBiomasa

Porcentaje de agua total96.51.8

0.760.93

0.0070.006

0.00080.00020.00120.001

0.0001

Porcentaje de agua potable*

69.6

30.1-

0.26

0.030.0060.050.040.003

* Con salinidad menor de 1000 mg/L (Maidment,1993).

Tabla I.1.2. Estimacin del tiempo medio de residencia del agua en cada reservorio.

Fuente: Modificado de Shiklomanov,1997.

ReservorioOcanos y maresHielo y nieveAgua subterrnea

DulceSalada

Agua superficialLagos de agua dulceLagos salinosRos

Humedad del sueloAtmsferaBiomasa

Volumen de aguaasignado(km3 x 106)1,338

24

10-

0.0910.0850.0020.070.0120.001

Tiempo de residencia2,500 aos10,000 aos

Decenas a miles de aos

17 aos150 aos15-20 das

2 semanas-1 ao8-10 das

Algunas horas

I-8



se mueve a travs de ella; as, el tiempo de residencia es corto. Por el contrario, el ocano es un gran reservorio

con un tiempo de residencia del orden de miles de aos.

El tiempo de residencia para las aguas subterrneas, incluidas las aguas salinas con un volumen mucho menor

que el de los ocanos, es de aproximadamente 20 mil aos, lo que da idea de la lentitud de su flujo; es una de

las principales caractersticas que las definen. Sin embargo, este flujo es muy variable pues las aguas dulces

poco profundas pueden tener un tiempo de residencia ms corto que la media, mientras que las aguas profundas

tienen flujos de miles de aos. Otro aspecto importante del ciclo del agua es el conocimiento de su fenomenologa,

esto es, cmo se produce esta transferencia de agua y qu fenmenos incluye (figura I.1.2).

Un factor que se debe tener en cuenta es que una gota que participe del ciclo del agua no tiene porque recorrer

todos los reservorios, pues existen cortocircuitos, de forma que no toda el agua de la atmsfera procede del

mar, tambin puede proceder de la evaporacin y transpiracin por las plantas. No toda el agua que se infiltra

a travs de la superficie del suelo se incorpora a los acuferos, una parte importante es retenida como humedad

del suelo y evaporada a la atmsfera, y as sucesivamente. El conocimiento preciso de los diversos procesos

que se producen en el ciclo del agua se abordar en captulos ulteriores. No obstante el indudable inters

cientfico por el ciclo del agua, para efectos prcticos lo ms importante es su cuantificacin en un espacio

geogrfico determinado, y esto constituye el ciclo hidrolgico.

Figura I.1.2. Principales fenmenos que intervienen en el ciclo del agua.


CAPTULO I.2. EL CICLO HIDROLGICO Y EL BALANCE HDRICO

Captulo I.2. El ciclo hidrolgicoy el balance hdrico

Si el ciclo del agua es un modelo conceptual que supone una abstraccin de la dinmica del agua meterica,su aplicacin a un espacio geogrfico concreto y su cuantificacin permite obtener un modelo operativo.Todo estudio o actividad relacionada con el agua tiene que enmarcarse en el contexto del ciclo hidrolgico,

para ello, el primer paso consiste en definir el espacio geogrfico. Este puede ser un espacio natural, como una

cuenca hidrogrfica, o antrpico, como una ciudad, que se puede considerar como un sistema. En segundo

lugar es importante comprender las diferencias que se presentan entre los elementos integrantes del ciclo (figura

I.2.1) para cada espacio especfico.

En los procesos generadores de precipitacin existen notables diferencias en distintas zonas (precipitaciones

frontales, convectivas, orogrficas, ciclones tropicales, monzones, etc.), lo que da como resultados intensidades

y variaciones de precipitacin muy diferentes, as como la variabilidad temporal y espacial de las mismas.

La infiltracin y la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo dependern de la conductividad

hidrulica, muy variable entre tipos de suelos y que a su vez depende de su estructura, densidad y configuracin

de sus macroporos.

La profundidad a partir de la cual recibe la vegetacin el agua, junto con la geologa y las caractersticas de

la precipitacin, condicionan la percolacin del agua y recarga de los acuferos. Segn ponen en evidencia

Erhard y colaboadores (1979), el origen de las aguas subterrneas vara mucho entre zonas (figura I.2.2). En las

zonas hmedas, los acuferos se recargan por las regiones altas de las cuencas y se descargan en las depresiones

locales o en los cauces de los ros aguas abajo. Sin embargo, en las zonas ridas, la recarga se produce

fundamentalmente a partir del lecho de los cursos fluviales.

Figura I.2.1. Elementos que integran el ciclo hidrolgico.

Nota: A la escorrenta superficial se le considera la rama corta del ciclo, mientras que la subterrnea constituye la rama larga.

I-10



De acuerdo con Falkenmark y colaboradores (1993), los tipos de acuferos tambin pueden ser distintos. La

profundidad del nivel piezomtrico es un factor clave para acceder al agua mediante pozos y puede variar

considerablemente entre condiciones hmedas y ridas. En sistemas con un tiempo de renovacin corto esta

profundidad puede modificarse con las estaciones del ao.

El esquema general de flujo del agua subterrnea puede variar entre los distintos dominios geolgicos. Las

zonas de descarga pueden tener caractersticas muy distintas en diferentes entornos: tierras pantanosas templadas,

lagos salinos poco profundos, playas, oasis, manantiales costeros, etc.

En el planteamiento correcto del ciclo hidrolgico tambin es importante entender la formacin de la escorrenta.

En una cuenca localizada en una regin hmeda, el modelo es el de una onda de avenida que se transmite

rpidamente a lo largo del ro durante el periodo hmedo y un caudal de base constante producido por la

descarga de agua subterrnea, que proporciona el caudal asegurado de un ro. El caudal base puede

incrementarse mediante contribuciones del almacenamiento en lagos y embalses. Sin embargo, en zonas ridas

no suele existir un caudal base, pues la superficie piezomtica est por debajo del lecho del ro. Como

consecuencia de las prdidas por infiltracin a travs del lecho, el caudal superficial disminuye aguas abajo y

con frecuencia no llega al punto final de la red de drenaje ms que en situaciones excepcionales.

Por ltimo, las aportaciones de un ro tambin pueden clasificarse segn su origen, es decir, si provienen de

depsitos de agua slida como glaciares y neveros, de depsitos lquidos, como lagos y acuferos, o depende

Figura I.2.2. Influencia del clima en el ciclo hidrolgico.

Fuente: Tomado de Erhard y colaboradores, 1979.


CAPTULO I.2. EL CICLO HIDROLGICO Y EL BALANCE HDRICO

directamente de las precipitaciones. El efecto principal sobre el caudal de un ro es que su estabilidad aumenta

con el incremento del tiempo de renovacin del reservorio que lo alimenta. El segundo efecto se relaciona con

los depsitos de hielo y nieve, pues el deshielo debido a cambios de temperatura estacionales genera

inundaciones, o bien variaciones ms regulares en el caso de acumulaciones permanentes como glaciares.

Cuando las acumulaciones de hielo y nieve no constituyen factores determinantes, existe un marcado contraste

entre los regmenes perennes de los ros en las zonas hmedas y en las zonas ridas. Un caso concreto lo

constituyen los ros de zonas ridas cuyo origen est en la zona hmeda, o bien en grandes acumulaciones

glaciares como el ro Colorado (EE.UU.) o Indo (Pakistn), o en grandes ros como el Nilo (Egipto).

Las diferencias bsicas en trminos climticos, geolgicos y grado de alteracin antrpica generan distintos

regmenes de agua del suelo, diferencias en la evapotranspiracin potencial, distintos orgenes y comportamientos

del agua subterrnea, distintos regmenes de aportacin a la red fluvial, etc., que quedan caracterizados en el

ciclo hidrolgico cuya mejor expresin es el balance hdrico.

El balance hdrico

Realizar un balance hdrico no es ms que aplicar el principio de conservacin de masas con respecto al flujo

de agua, en un sistema determinado, es decir, en un espacio geogrfico en el cual se examina el ciclo hidrolgico.

Dado que el agua no puede ser creada ni destruida en dicho espacio, este balance puede ser expresado en

trminos de:

Flujo de entrada Flujo de salida = Relacin en el cambio de agua almacenada

Las unidades de cada trmino de esta ecuacin son iguales a la descarga (L3/T). Este es un balance de

volmenes, pero como el agua es incompresible, es tambin un balance de masas. As pues, para establecer

un balance hdrico es imprescindible establecer las condiciones de contorno (entradas y salidas mediante

flujos superficiales o subterrneos), las caractersticas del medio (almacenamiento, volumen) y el tiempo,

este factor es de singular importancia pues influye sobre la exactitud con que tienen que ser valorados los

parmetros anteriores.

El balance hdrico puede aplicarse a unidades muy diversas y de diferentes escalas (a un acufero de extensin

variada, un embalse, un lago, etc.). Tambin puede aplicarse a sistemas complejos que incluyan varias de las

unidades anteriores. Todo balance hdrico toma la forma:

Entrada Salidas + Variaciones en el almacenamiento = Error de cierre

El que un balance normalmente no de cero es debido a que para su realizacin es necesaria la medida

independiente de cada uno de los trminos de la ecuacin del balance, en la que inevitablemente se tendrn

errores.

El error de cierre est en funcin de los errores de los diferentes trminos. Por ejemplo, el balance anual de

agua en un lago cuyas entradas se producen por precipitaciones (P), un ro afluente (Q1) y la descarga de un

acufero (Q2), mientras que sus salidas se deben a la evaporacin (EV) y un ro emisario (Q3), se formulara:

I-12



P + Q1 + Q2 EV Q3 = [I.2.1]

Donde es el incremento de almacenamiento o nivel de agua en el lago y es el error de cierre.Cuando se desconoce uno de los trminos del balance comnmente se deduce por diferencia de los trminos

restantes; en estos casos hay que tener en cuenta que el error de cierre que se ha considerado antes puede ser

significativamente ms importante que el valor obtenido.

En el ejemplo anterior el periodo considerado era de un ao, pero puede ser de un periodo de tiempo

variable. Este intervalo de tiempo debe ser seleccionado en funcin de los resultados perseguidos y de los

datos disponibles, eligindose de tal manera que se minimicen los errores de medida. Tambin es importante

establecer claramente todas las condiciones de entorno del sistema donde se aplique el balance, y preferentemente

de tal manera que simplifique el mayor nmero posible de trminos.

Al establecer un balance se deben considerar todos los factores geolgicos, hidrolgicos y climticos, como

se ha expuesto en prrafos anteriores. Por ejemplo, en regiones crsticas carentes de una cobertura de suelo, la

infiltracin de las precipitaciones puede ser de hasta 70%, sobre todo si las lluvias son cuantiosas; o bien,

prcticamente nula con lluvias de unos pocos l/m2, por lo que es importante la distribucin temporal de las

mismas. Algo similar se podra decir de las regiones con clima extremo, regiones ridas y polares, donde tienen

gran importancia las intensidades sobre el total anual. Lgicamente, en acuferos cautivos y semiconfinados hay

que tener en cuenta que la infiltracin eficaz es nula, excepto en la zona de recarga.

El balance hdrico, aparte de tratar de cuantificar los recursos disponibles y los flujos de agua puestos en

juego en el ciclo hidrolgico o en una fase del mismo, son tiles porque permiten establecer relaciones entre las

diferentes variables hidrolgicas.

La credibilidad y validez de los resultados obtenidos de los balances hdricos es un tema controvertido, pero

se ha mostrado como una herramienta til. No obstante, hay que tener en cuenta que se trata de acotaciones de

un fenmeno natural complejo y poco conocido en muchos aspectos. Los resultados de los balances hdricos

suelen expresarse en cifras redondeadas y para su justa valoracin deben incluirse las condiciones de su

estimacin y de la obtencin de los datos de sus elementos.


BIBLIOGRAFA

Baskov, E. A. (1983). The Fundamentals of Paleohydrogeology of Ore Deposits.

Springer-Verlag. 253 pp.

Erhard, Cassegrain y Margat, et al.(1979). Introduction a lconomie gnrale

de leau. Bureau de Recherches gologiques et Minires. Cedex, Orleans.

Falkenmark, M. y T. Chapman (eds.) (1993). Hidrologa comparada: Un enfoque

ecolgico a los recursos hdricos y de suelo. UNESCO IV Fase del Programa

Hidrolgico Internacional. Versin Espaola. Cedex, Madrid.

Lpez-Vera, F. (1996). En Muiz, E.; R. Lunar; M. J. Jimnez y M. R. Inciarte.

Biologa y geologa. Ed. McGraw-Hill, Madrid. 351 pp.

Maidment (1993). Handbook of Hydrology. 2nd edn. McGraw-Hill, N.Y.

Shiklomanov, I. (1997). Comprehesive Assessment of the Freshwater Resources

of the World. World Meteorological Organization. 88 pp.

BIBLIOGRAFA

II-1Carlos Daz Delgado, Mara Vicenta Esteller Alberich y Fernando Lpez-Vera, editores

CAPTULO II.1. CARACTERSTICAS FISIOGRFICAS DE UNA CUENCA

Hidrologasuperficial

SECCIN II

II-2

SECCIN II. HIDROLOGA SUPERFICIAL




Introduccin

Platn y Aristteles probablemente fueron los primeros filsofos que imaginaron la existencia del ciclo delagua, sin embargo incurrieron en errores tales como afirmar que el volumen de agua que fluye sobre lasuperficie de la Tierra era mayor que el volumen de agua que se precipitaba en forma de lluvia. Fue hasta los

aos 1500 en que Leonardo da Vinci y Bernard Palissy lograron una correcta comprensin del ciclo hidrolgico,

especialmente en relacin con la infiltracin de la lluvia y retorno del agua a travs de manantiales (Campos,

1996). Entre los aos 1600 y 1700 naci la moderna ciencia de la hidrologa; en ese periodo el cientfico Pierre

Perreault lleg a medir el flujo de agua en un ro y estableci por primera vez una relacin entre la precipitacin

y el caudal presentes en la cuenca del ro Sena (Pars, Francia). Posteriormente, entre los aos 1700 y 1800 se

inici un gran nmero de estudios experimentales hidrulicos que dieron origen a diversos principios hidrulicos

cuya validez an es vigente. El siglo XIX signific una gran poca para la hidrologa experimental, pues se

desarroll la hidrometra, particularmente enfocada al aforo de aguas superficiales, establecindose frmulas

para determinar el flujo y se inventaron instrumentos de medida, lo que permiti la medicin sistemtica de

cursos de agua.

Entre 1900 y 1930 se desarrollaron diversos trabajos de hidrologa pero con una base emprica. El periodo

ulterior, comprendido entre 1930 y 1950, se conoce como un periodo de racionalizacin; surgieron grandes

hidrlogos que utilizaron el anlisis racional y se apoyaron en otras ciencias para explicar problemas hidrolgicos.

Por los aos cincuenta, las aproximaciones tericas presentaron un uso extensivo en los problemas hidrolgicos,

pues diversos principios racionales establecidos en la poca precedente pueden ser sujetos a un verdadero

anlisis matemtico (Campos, 1992). Desde 1950 y hasta la fecha, los desarrollos tecnolgicos no cesaron de

aparecer y ahora permiten la solucin de ecuaciones complejas y una aplicacin de teoras sofisticadas a casos

reales; lo que permite acercarse a una representacin ms fidedigna de la naturaleza.

Los desarrollos cientficos logrados en hidrologa permiten hoy la estimacin de la ocurrencia, en el espacio

y en el tiempo, de los diferentes componentes del ciclo hidrolgico con fines de planeacin, mitigacin de

daos y mayor aprovechamiento. Por otro lado, la hidrologa superficial es una rama de la hidrologa que

concierne a todo aquel profesional que se ve involucrado en las tareas de planeacin, construccin y operacin

de estructuras hidrulicas con fines de abastecimiento para consumo humano, irrigacin de tierras para la

produccin de alimentos, generacin de energa hidroelctrica y produccin industrial (Wilson, 1974). En

efecto, la hidrologa superficial se ha convertido en una herramienta indispensable para identificar, cuantificar,

preservar y gestionar los recursos hdricos de una cuenca o regin hidrolgica. Por ejemplo, si se desea

incrementar el suministro de agua para una ciudad, es necesario identificar fuentes de abastecimiento potencial

y evaluar su capacidad para proveer del vital lquido a la regin que as lo demanda, pero tambin es necesario

II-4



evaluar la capacidad de preservacin del ecosistema que ceder parte de su recurso agua. Complementariamente,

la hidrologa superficial es de gran utilidad para el establecimiento de la magnitud probable de eventos extremos

hidrolgicos, tales como sequas e inundaciones, con lo cual es posible estimar su caudal (en exceso o deficitario),

su duracin y probabilidad de ocurrencia. Cabe mencionar que la cuantificacin de variables hidrolgicas

constituye la informacin imprescindible para iniciar cualquier diseo de infraestructura hidrulica.

Sirva pues esta breve resea de la hidrologa como presentacin de los captulos que a continuacin sern

tratados.



Captulo II.1. Caractersticas fisiogrficasde una cuenca

El anlisis de gran parte de los fenmenos hidrolgicos que ocurren sobre un determinado espacio geogrfico

suele tener como referencia a la unidad fisiogrfica conocida como cuenca, que es un espacio geogrfico cuyos

aportes hdricos naturales son alimentados exclusivamente por la precipitacin y donde los excedentes de agua

convergen en un punto espacial nico: la exutoria (Llamas, 1993).

La exutoria posee un flujo anual que es determinado por las condiciones climticas locales y regionales, as

como por el uso del suelo prevaleciente. Las caractersticas fsicas de una cuenca desempean un papel

esencial en el estudio y comportamiento de algunos de los componentes del ciclo hidrolgico, tales como la

evaporacin, infiltracin, flujo superficial, entre otros. Las principales caractersticas fsicas que se consideran

en estudios hidrolgicos son las concernientes a la cuenca, a la red de drenaje y al cauce o ro principal. En la

tabla II.1.1 se enumeran estos parmetros (Campos, 1992; Chow et al., 1994 y Llamas, 1993).

Con base en los avances logrados en los desarrollos tecnolgicos en geoinformtica, no solamente los

parmetros citados pueden ser obtenidos automatizadamente por medio de los Sistemas de Informacin

Geogrfica (SIG) e informacin altitudinal digital. Diversos algoritmos inscritos en los software pueden derivar

las corrientes superficiales, delimitaciones de cuencas y otros aspectos complementarios.

Casi la totalidad de los parmetros fsicos son obtenidos tradicionalmente a travs de clculos manuales. Por

ejemplo, la elevacin de la cual se desprende la curva hipsomtrica es resultado de la identificacin de rangos

altitudinales y su cuantificacin areal a travs de mtodos como la balanza analtica, uso del papel milimtrico

o con el empleo de planmetros mecnicos. Sin embargo, estos procesos se caracterizan por un notable

consumo de tiempo y, en ocasiones, imprecisiones implcitas por la tcnica utilizada.

CuencaSuperficiePermetroForma

Coeficiente de compacidadRelacin de circularidadRelacin de elongacin

Curva hipsomtrica y elevacin mediaRectngulo equivalentePendienteOrientacin

DrenajeOrden de corrientesDensidad de drenaje

Densidad hidrogrfica

Relacin de bifurcacin

Ro principalPendienteLongitud

Coeficientes de sinuosidad

Perfil longitudinal

Tabla II.1.1. Caractersticas fsicas bsicas a considerar en el estudio hidrolgico de una cuenca.

II-6



Desde la dcada de los sesenta, los SIG se han consolidado como herramientas sin igual para el anlisis y

modelacin de fenmenos donde lo espacial es parte del objeto de estudio. En efecto, su aplicacin en disciplinas

relacionadas con los recursos naturales tienen un importante desarrollo a nivel internacional (Hunsaker et al., 1993).

La representacin digital y continua de los valores de altura del terreno, referidos a un datum en comn y a

teselas, es conocida como Modelo de Elevacin Digital del Terreno (MEDT). Un MEDT es una matriz con valores

numricos igualmente espaciados al interior de una superficie y se constituyen en arreglos de columnas y

renglones de resolucin definida, donde una celda describe el valor de la altura y se asume que el valor es

continuo dentro de cada unidad (pixel o celda).

Con objeto de presentar la estimacin de los parmetros fisiogrficos de una cuenca, stos sern calculados

utilizando un caso de estudio, el del Curso Alto del Ro Lerma (CARL) (Estado de Mxico, Mxico). Las caractersticas

fsicas de la cuenca del CARL fueron obtenidas con el procesamiento de un MEDT con resolucin de 90 metros,

que es la apropiada para un estudio a escala 1:250,000, y los resultados obtenidos estn en funcin de esta

consideracin.

Delimitacin del parteaguas

El lmite del rea de estudio, el parteaguas, fue obtenido y digitizado de cartas 1:50,000 para contar con una

mejor definicin, as como para contrastar los resultados obtenidos utilizando el MEDT.

En la figura II.1.1 se muestra el resultado de la obtencin de cuenca a partir de la superficie altitudinal

numerizada. La lnea color negro indica el parteaguas obtenido tradicionalmente a partir de cartografa con

escala 1:50,000. Las lneas discontinuas son el resultado de los algoritmos predefinidos para la obtencin de las

reas de captacin pluvial, en el orden de escala 1:250,000. El rea obtenida a escala 1:50,000 es de 2,116.76

km2 contra una diferencia menor a 5% respecto al obtenido automticamente.

Figura II.1.1. Delimitacin de cuencas manualmente a escala 1:50,000 (negro) y automticamentea escala 1:250,000 (lnea discontinua).



Caractersticas de la cuenca

Superficie

La superficie es considerada como el parmetro fsico bsico que define una cuenca. Usualmente este valor es

obtenido planimtricamente a partir de la delimitacin en mapas topogrficos, desde una perspectiva ortogonal,

y calculada por mtodos manuales o por medio del Dibujo Asistido por Computadora (CAD, por sus siglas en

ingls). El rea planimtrica aqu descrita fue obtenida por un proceso que implic la rasterizacin del lmite del

parteaguas, asignando un valor de 1 a su interior y 0 al exterior; por medio de lgebra matricial se multiplic

con el MEDT y se cuantificaron el nmero de celdas multiplicndose por la resolucin correspondiente. El valor

resultante es de 2,117.88 km2.

La superficie real es aquella que considera al factor pendiente, que incrementa la dimensin de las superficies,

sin embargo la diferencia entre los resultados es despreciable y una evaluacin de tal tipo slo se justificara en

casos de cuencas con terreno muy escarpado.

Permetro

La longitud del permetro de la cuenca tambin fue obtenida en forma planimtrica y contabilizando el desnivel

del terreno; para el primer caso el resultado es de 239.50 km, y 241.79 km para el segundo.

Forma

La forma de la cuenca interviene de manera importante en las caractersticas del hidrograma de descarga de un

ro, particularmente en los eventos de avenidas mximas. En general, cuencas de igual rea pero de diferente

forma generan hidrogramas diferentes. Para determinar la forma de una cuenca se utilizan los coeficientes que

a continuacin de describen (Llamas, 1993).

Coeficiente de compacidad (Kc). Fue definido por Gravelius como la relacin entre el permetro de la cuenca

y la circunferencia del crculo que tenga la misma superficie de la cuenca.

APKc 282.0= [II.1.1]

Donde P y A son el permetro y la superficie de la cuenca, respectivamente. Este coeficiente es igual a uno

cuando la cuenca es perfectamente circular y cuando Kc es igual a 1.128 se trata de una cuenca cuadrada. Este

coeficiente puede alcanzar el valor de tres en el caso de cuencas muy alargadas. En el caso del CARL Kc = 1.481,

lo que indica que la cuenca en estudio tiende a un cuadrado, es decir, que su largo y ancho son valores cercanos.

Relacin de circularidad (Rci). Este coeficiente es el cociente entre el rea de la cuenca y la del crculo cuya

circunferencia es equivalente al permetro de la cuenca.

24P

ARci = [II.1.2]

II-8



Su valor es unitario para una cuenca circular y para el caso de una cuenca cuadrada corresponde a un valor

de 0.785. En el CARL Rci = 0.455, valor que corrobora la cercana de la forma de la cuenca con un cuadrado.

Los resultados de los parmetros de forma indican que la cuenca en estudio est cercana a una simetra en sus

dimensiones cartesianas, lo que hidrolgicamente implicara hidrogramas casi simtricos en su desembocadura.

Relacin de elongacin (Re). Definido por S. A. Schumm como la relacin entre el dimetro (D) de un crculo

que tenga la misma superficie de la cuenca y la longitud mxima (Lm) de la cuenca. Lm, a su vez se define como

la ms grande dimensin de la cuenca a lo largo de una lnea recta trazada desde la desembocadura hasta el

lmite extremo del parteaguas y de manera paralela al ro principal (Campos, 1992; Llamas, 1993).

2117.881.128 1.128 1.0748.65

D AReLm Lm

= = = = [II.1.3]

El valor de Re se acerca a la unidad cuando la cuenca es plana y para cuencas con relieve pronunciado el valor

resultante se encuentra entre 0.6 y 0.8. El radio de elongacin del CARL es 1.07, por lo tanto, a partir de este valor

se puede inferir que la cuenca es plana con porciones accidentadas.

Curva hipsomtrica y elevacin media del CARL

Los datos de elevacin son significativos sobre todo para considerar la accin de la altitud en el comportamiento

de la temperatura y la precipitacin. La curva hipsomtrica refleja con precisin el comportamiento global de

la altitud de la cuenca. Para la generacin de esta curva es necesario un proceso de reclasificacin del MEDT,

segn los intervalos deseados y realizar de nueva cuenta un proceso de clculo de rea en cada rango. Este

resultado se condensa en la tabla II.1.2, y la curva y mapa hipsomtricos en la figura II.1.2.

Otros datos que pueden ser igualmente obtenidos como producto de este proceso, son la altura mxima, que

para el caso del CARL es de 4,549 msnm, la altitud media (2,848 msnm) y la altitud mnima (2,556 msnm).

De acuerdo con la clasificacin de Stahler (Llamas,1993; Campos, 1992), la curva hipsomtrica del CARL

corresponde a la de una cuenca erosionada, y clasificada como de valle o sedimentaria, pues se encuentra

en la fase de monadnok (vejez). Por otro lado, con base en un proceso de reclasificacin del MEDT, y con

la adecuada asignacin de la gama de colores, puede ser generado un mapa hipsomtrico tal como se

muestra en la figura II.1.2.

Curvas de nivel (msnm)2,400-2,6002,600-2,8002,800-3,0003,000-3,2003,200-3,4003,400-3,6003,600-3,8003,800-4,0004,000-4,2004,200-4,4004,400-4,600

Porcentaje del total28.0831.5515.0611.186.984.372.010.460.230.070.01

Superficie entre las curvas (m2)594.79668.16318.89236.85147.7692.6042.679.664.851.470.16

Porcentaje sobre el lmite inferior100.0071.9240.3725.31

14.1237.152.780.770.310.080.01

Tabla II.1.2. Curva hipsomtrica: valores cuantitativos derivados del MEDT.



Rectngulo equivalente

Para poder comparar, de manera preliminar, el comportamiento hidrolgico de dos cuencas se utiliza la nocin

del rectngulo equivalente (Llamas, 1993; Campos, 1992). Se trata de una transformacin geomtrica en virtud

de la cual se asimila la cuenca a un rectngulo que tenga el mismo permetro y la misma superficie. De esta

forma, las curvas de nivel se transforman en rectas paralelas a los lados menores del rectngulo y donde la

desembocadura de la cuenca es uno de estos lados (Llamas, 1993). Los lados del rectngulo estn definidos por

la siguiente ecuacin:

=

2

12128.111

128.1,

KcAKcLL [II.1.1]

Donde L2 es el lado mayor y L1 el lado menor, y para que esta representacin sea posible es necesario que el

coeficiente de compacidad Kc sea mayor o igual que 1.128. Para el CARL, L2 = 99.57 km y L1 = 21.27 km. El

rectngulo equivalente del CARL se presenta en la figura II.1.3.

Figura II.1.3. Rectngulo equivalente del CARL (cotas en msnm).

Figura I.1. 2. Curva y mapa hipsomtricos del CARL derivados del MEDT.

II-10



Pendiente

La pendiente de la cuenca tiene una relacin importante con los fenmenos de infiltracin, el escurrimiento

superficial, la humedad del suelo y con la contribucin del agua subterrnea al flujo de los cauces (Campos,

1992). Para la obtencin aproximada de la pendiente media de una cuenca se aplica, por lo general, una frmula

que implica el uso de las variables de la elevacin mxima y el permetro de la cuenca. Otros procedimientos

ms exactos son aquellos en que se realiza la cartografa manualmente; empleando reglas con determinadas

pendientes se ajusta a las reas entre curvas de nivel con esos valores y se colorea para indicar el grado de

inclinacin del relieve. Sin embargo, estos procedimientos se caracterizan por ser imprecisos y laboriosos.

Hoy en da, una vez que se cuenta con el MEDT, se aplica el algoritmo correspondiente, implcito en la

mayora de software de SIG, y se calcula el ngulo de inclinacin del terreno considerando los desniveles de

altura de las cuatro celdas ms prximas a la celda en turno. De esta forma, y para cada celda, se obtiene el

ngulo de inclinacin del terreno en grados; la pendiente ser igual a la tangente del ngulo obtenido. Para

conocer la inclinacin media se realiza un proceso de adicin de todas las celdas y se divide entre el total de

stas.

El ngulo medio de inclinacin y la pendiente media obtenida para el CARL es de 4.88 grados y de 8.54%,

respectivamente. La pendiente mnima es prcticamente cero y la mxima de 50%. En la figura 4 se muestran las

pendientes en el CARL.

Otra ventaja significativa del empleo de los SIG en la obtencin de parmetros fsicos, es la cuantificacin

espacial de los procesos de reclasificacin que se hagan sobre el MEDT y productos derivados. La tabla II.1.3

muestra la extensin territorial de cada rango de pendientes que se presenta en el mapa de la figura II.1.4.

Orientacin

La orientacin es la direccin geogrfica de la pendiente del terreno. Este parmetro interviene en el nmero de

horas que la cuenca es favorecida por la radicacin solar y es un factor primordial en el clculo de la evaporacin

potencial; para el caso de cuencas nrdicas con nieve, la orientacin es importante para conocer cmo es el

proceso de fusin de masas slidas de agua.

Por lo regular este parmetro es obtenido manualmente con la desventaja de consumir mucho tiempo y acumular

imprecisiones. Sin embargo, a partir del MEDT, es posible realizar un proceso para determinar el aspecto u

orientacin de las laderas. Este algoritmo es aplicado a cada una de las celdas de la cuenca, por lo que presenta

mayor precisin; la calidad de los resultados estar en funcin de la informacin geogrfica de base (Palacio et al.,

1991).

La orientacin del terreno del CARL, agrupada en rangos de 90 se muestra en la tabla II.1.4, donde se observa

el predominio de las zonas prcticamente sin inclinacin, mientras que los restantes rangos son muy similares

de acuerdo con el rea que ocupan. La figura II.1.5 contiene la expresin territorial de este parmetro fsico.

Rangos de pendiente (%)0-22-55-1010-1515-2525-50>50

Tipo de terreno (Heras, 1972)LlanoSuave

Accidentado medioAccidentado

Fuertemente accidentadoEscarpado

Muy escarpado

rea(km2)697.54372.30407.80230.62240.03169.59

0

Tabla II.1.3. Cuantificacin de la superficie por rangos de pendiente y tipo de terreno.



Direccin de la pendiente (grados)Zonas planas

N 315-45E 45-135S 135-225W 225-315

rea (km2)490.67452.71407.14334.38432.98

Tabla II.1.4. Orientacin de la pendiente del terreno del CARL.

Figura II.1.4. Pendientes del CARL agrupados en cinco categoras.

Figura II.1.5. Orientacin de laderas del CARL.

II-12



Caractersticas del drenaje

El modelo de elevacin digital implcitamente contiene las propiedades del relieve tales como la altitud, la

orientacin de las laderas y, con base en la discretizacin por celdas, las caractersticas del terreno en lo que se

refiere a la delineacin de los flujos hidrolgicos. As, la red de drenaje puede derivarse a partir de la aplicacin

de las funciones que generan para cada celda la direccin del flujo.

La direccin del flujo es determinada por el encuentro de la direccin del escalonamiento descendente de

cada celda del MEDT. De acuerdo con Jenson y Domingue (1988), la frmula que se aplica para cada celda

asociada a las ocho celdas circundantes es la siguiente:

Descenso del flujo = cambio en el valor de la altitud Z / distancia * 100. [II.1.5]

Una vez obtenida la direccin de flujo, fuente de datos para el proceso de acumulacin de flujos, se obtiene

la red hidrolgica. La acumulacin de flujos es el recuento de los valores de la direccin de flujo en un sentido

de arriba hacia abajo, que implcitamente contiene el MEDT.

A partir del MEDT del CARL se aplicaron los procesos para la obtencin de la direccin de flujo y su

acumulacin. El resultado de este proceso se muestra en la figura II.1.6.

Es de resaltar que en el valle del CARL se presenta una acumulacin excesiva de flujos (ros). Esto en gran

medida responde a dos consideraciones: a la resolucin del modelo de elevacin digital y a la mancha urbana

del rea metropolitana de la ciudad de Toluca, que altera de manera significativa los patrones originales de flujo

hidrolgico. La planicie natural se ha visto modificada por el movimiento de las fronteras urbanas, en donde los

ros y cauces naturales se han convertido en parte del drenaje urbano. Los rasgos antrpicos que inciden sobre

los cauces naturales no han sido representados en la cartografa existente y por tal razn no son reconocidos por

el MEDT. Es importante sealar que, para la generacin de los datos relativos a la red de drenaje, se emple la

informacin contenida en las cartas a escala 1:50,000.

Figura II.1.6. Red hidrolgica del CARL.



Orden de corrientes y relacin de bifurcacin

Horton (1945)desarroll un sistema para ordenar las redes de ros, que posteriormente fue ligeramente

modificado por Strahler (1964); dicho sistema es conocido como Horton-Strahler y hoy en da es el mtodo

ms comnmente utilizado (Chow et al.,1994). La figura II.1.7 muestra el orden de las corrientes existentes en

el CARL.

Por otro lado, Horton tambin introdujo el concepto de relacin de bifurcacin (Rb) para definir el cociente

entre el nmero de cauces de cualquier orden y el nmero de corrientes del siguiente orden superior ( 1+uN ), con:

1+

=u

uu N

NRb y

=+

=+

+

+= 5

11

5

11

)(

)(

iii

iiii

NN

NNRbRb

. [II.1.6]

U (orden)

1 2 3 4 5

Nu 1622 403 88 29 1

Rbu 4.02 4.58 3.03 29

De acuerdo con Campos (1992), las relaciones de bifurcacin varan entre 3 y 5 para cuencas en las cuales las

estructuras geolgicas no distorsionan el modelo de drenaje. Para el caso particular del CARL es 4.36.

Figura II.1.7. Orden de las corrientes del CARL.

II-14



Densidad de drenaje y densidad hidrogrfica

La densidad de drenaje es un parmetro fsico que refleja la dinmica de la cuenca, la estabilidad de la red

hidrogrfica y el tipo de escorrenta de la superficie. En general, es la relacin entre la longitud de los canales

de flujo y la superficie de la cuenca (Llamas, 1993).

Generalmente, para el clculo de la densidad de drenaje del rea en estudio se proceda a la vectorizacin del

mapa de la red hidrolgica y la generacin de topologa lineal, para que de forma automtica se generaran

valores de longitud de cada segmento, los cuales se sumaban para luego dividirlos entre la superficie de la

cuenca.

Este proceso resulta ser bastante burdo por la generalizacin que se hace al considerar toda la extensin

territorial de la cuenca. La obtencin de este parmetro por unidades ms pequeas y homogneas puede ser

obtenido a travs del SIG, y generar con ello un panorama ms detallado (Lugo, 1991).

Al interior del CARL se elabor una malla de 2x2 km. Una vez vectorizados los fluvios fueron sobrepuestos

topolgicamente con las celdas; se aplicaron procesos de sumatorias y se obtuvo para cada celda la longitud

de fluvios, dato que fue dividido entre el rea de cada delda (4 km2) y apartir de esos resultados se gener el

mapa de densidad de drenaje que se muestra en la figura II.1.8.

Al observar la red hidrolgica (figura II.1.6), las reas con una mayor densidad de drenaje corresponden a las

ubicadas en las laderas de los sistemas montaosos de la cuenca. En las vertientes del Nevado de Toluca y parte

occidental de la Sierra de las Cruces se presentan los valores ms altos de densidad de drenaje, con valores de

hasta 2.272 km/km2. Segn Schumm (Llamas, 1993), el valor inverso de la densidad de drenaje, denominado

constante de estabilidad del ro, representa fsicamente el nmero necesario de metros cuadrados para mantener

las condiciones hidrolgicas estables en un vector hidrogrfico de un metro de longitud. En el valle se obtuvieron

valores de cero al no haber informacin suficiente de la red de drenaje, pues se requiere de un estudio de mayor

detalle y profundidad para calcular los sistemas de drenaje urbano.

Figura II.1.8. Densidad de drenaje para celdas de 4 km2.



Por otro lado, la densidad hidrogrfica representa el nmero de canales de flujo por unidad de superficie.

Este parmetro debe interpretarse como el nmero de cauces por kilmetro cuadrado necesarios para

mantener las condiciones de drenaje en la cuenca. Tres cauces por kilmetro cuadrado fue el valor promedio

de la densidad hidrogrfica del CARL. La figura II.1.9 muestra la distribucin espacial del valor de densidad

hidrogrfica.

CARACTERSTICAS DEL RO PRINCIPAL

Longitud

El desarrollo longitudinal del colector principal es una magnitud caracterstica til y de efecto importante en la

respuesta hidrolgica de la cuenca, debido a que en un ro corto los efectos de la precipitacin se reflejan ms

rpidamente que en un ro largo

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