Hidrología

La hidrología (del griego antiguo ὕδωρ ( húdōr )  'agua' y -λογία ( -logía )  'estudio de') es el estudio científico del movimiento, la distribución y la gestión del agua en la Tierra y otros planetas, incluido el ciclo del agua , los recursos hídricos y la sostenibilidad de las cuencas hidrográficas . Un practicante de la hidrología se llama hidrólogo . Los hidrólogos son científicos que estudian ciencias de la tierra o ambientales , ingeniería civil o ambiental y geografía física . ^[1] Utilizando varios métodos analíticos y técnicas científicas, recopilan y analizan datos para ayudar a resolver problemas relacionados con el agua, como la preservación ambiental , los desastres naturales y la gestión del agua . ^[1]

La hidrología se subdivide en hidrología de aguas superficiales, hidrología de aguas subterráneas ( hidrogeología ) e hidrología marina. Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología , la hidrología de superficie , la hidrogeología , la gestión de cuencas de drenaje y la calidad del agua .

La oceanografía y la meteorología no están incluidas porque el agua es sólo uno de los muchos aspectos importantes dentro de esos campos.

La investigación hidrológica puede brindar información para la ingeniería, las políticas y la planificación ambientales .

• La hidrología química es el estudio de las características químicas del agua.
• La ecohidrología es el estudio de las interacciones entre los organismos y el ciclo hidrológico.
• La hidrogeología es el estudio de la presencia y el movimiento de las aguas subterráneas .
• La hidrogeoquímica es el estudio de cómo el agua terrestre disuelve los minerales erosionados y este efecto sobre la química del agua.
• La hidroinformática es la adaptación de la tecnología de la información a las aplicaciones de hidrología y recursos hídricos.
• La hidrometeorología es el estudio de la transferencia de agua y energía entre las superficies de la tierra y los cuerpos de agua y la atmósfera inferior.
• La hidrología isotópica es el estudio de las firmas isotópicas del agua.
• La hidrología superficial es el estudio de los procesos hidrológicos que operan en la superficie de la Tierra o cerca de ella.
• La gestión de cuencas de drenaje abarca el almacenamiento de agua, en forma de embalses, y la protección contra inundaciones.
• La calidad del agua incluye la química del agua en ríos y lagos, tanto de los contaminantes como de los solutos naturales.

• Cálculo de precipitaciones .
• Cálculo de la evapotranspiración
• Cálculo de escorrentía superficial y precipitación .
• Determinación del balance hídrico de una región.
• Determinación del balance hídrico agrícola .
• Diseño de proyectos de restauración de zonas ribereñas .
• Mitigación y predicción del riesgo de inundaciones , deslizamientos de tierra y sequía .
• Pronóstico de inundaciones en tiempo real , alerta de inundaciones , análisis de frecuencia de inundaciones
• Diseño de esquemas de riego y gestión de la productividad agrícola.
• Parte del módulo de riesgo en el modelado de catástrofes .
• Suministro de agua potable .
• Diseño de presas para abastecimiento de agua o generación de energía hidroeléctrica .
• Diseño de puentes .
• Diseño de alcantarillados y sistemas de drenaje urbano.
• Análisis de los impactos de la humedad antecedente en los sistemas de alcantarillado sanitario.
• Predecir cambios geomorfológicos , como la erosión o la sedimentación .
• Evaluación de los impactos del cambio ambiental natural y antropogénico sobre los recursos hídricos .
• Evaluación del riesgo de transporte de contaminantes y establecimiento de directrices de política ambiental.
• Estimación del potencial de recursos hídricos de las cuencas hidrográficas.
• Gestión de recursos hídricos .
• Ingeniería de recursos hídricos : aplicación de principios hidrológicos e hidráulicos a la planificación, desarrollo y gestión de los recursos hídricos para el uso humano beneficioso. Implica evaluar la disponibilidad, calidad y demanda de agua; diseñar y operar infraestructura hídrica; e implementar estrategias para la gestión sostenible del agua. ^[2]

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La hidrología ha sido objeto de investigación e ingeniería durante milenios. Los antiguos egipcios fueron de los primeros en emplear la hidrología en su ingeniería y agricultura, inventando una forma de gestión del agua conocida como riego por cuencas. ^{[3] Las ciudades} mesopotámicas estaban protegidas de las inundaciones con altos muros de tierra. Los acueductos fueron construidos por los griegos y los romanos , mientras que la historia muestra que los chinos construyeron obras de riego y control de inundaciones. Los antiguos cingaleses utilizaron la hidrología para construir complejas obras de riego en Sri Lanka , también conocido por la invención del pozo de válvulas que permitió la construcción de grandes embalses, anicuts y canales que todavía funcionan.

En el siglo I a. C., Marco Vitruvio describió una teoría filosófica del ciclo hidrológico, según la cual las precipitaciones que caían en las montañas se infiltraban en la superficie de la Tierra y conducían a arroyos y manantiales en las tierras bajas. ^[4] Con la adopción de un enfoque más científico, Leonardo da Vinci y Bernard Palissy llegaron de forma independiente a una representación precisa del ciclo hidrológico. No fue hasta el siglo XVII cuando se empezaron a cuantificar las variables hidrológicas.

Entre los pioneros de la hidrología moderna se encuentran Pierre Perrault , Edme Mariotte y Edmund Halley . Al medir las precipitaciones, la escorrentía y el área de drenaje, Perrault demostró que las precipitaciones eran suficientes para explicar el flujo del Sena. Mariotte combinó las mediciones de la velocidad y la sección transversal del río para obtener un valor de descarga, nuevamente en el Sena. Halley demostró que la evaporación del mar Mediterráneo era suficiente para explicar el desembocadura de los ríos que desembocan en el mar. ^[5]

Los avances del siglo XVIII incluyeron el piezómetro de Bernoulli y la ecuación de Bernoulli , de Daniel Bernoulli , y el tubo de Pitot , de Henri Pitot . El siglo XIX fue testigo del desarrollo de la hidrología de las aguas subterráneas, incluida la ley de Darcy , la fórmula del pozo de Dupuit-Thiem y la ecuación de flujo capilar de Hagen- Poiseuille .

Los análisis racionales comenzaron a reemplazar al empirismo en el siglo XX, mientras que las agencias gubernamentales iniciaron sus propios programas de investigación hidrológica. De particular importancia fueron el hidrograma unitario de Leroy Sherman , la teoría de infiltración de Robert E. Horton y la prueba/ecuación de acuíferos de CV Theis que describe la hidráulica de pozos.

Desde la década de 1950, la hidrología se ha abordado con una base más teórica que en el pasado, facilitada por los avances en la comprensión física de los procesos hidrológicos y por la aparición de las computadoras y, especialmente, de los sistemas de información geográfica (SIG). (Véase también SIG e hidrología )

El tema central de la hidrología es que el agua circula por la Tierra por diferentes vías y a diferentes velocidades. La imagen más vívida de esto es la evaporación del agua del océano, que forma nubes. Estas nubes se desplazan sobre la tierra y producen lluvia. El agua de lluvia fluye hacia lagos, ríos o acuíferos. El agua de lagos, ríos y acuíferos luego se evapora de nuevo a la atmósfera o finalmente fluye de nuevo al océano, completando un ciclo. El agua cambia su estado varias veces a lo largo de este ciclo.

Las áreas de investigación en hidrología se ocupan del movimiento del agua entre sus diversos estados, o dentro de un estado determinado, o simplemente de cuantificar las cantidades en esos estados en una región determinada. Algunas partes de la hidrología se ocupan del desarrollo de métodos para medir directamente esos flujos o cantidades de agua, mientras que otras se ocupan de la modelización de esos procesos, ya sea para obtener conocimientos científicos o para hacer predicciones en aplicaciones prácticas.

El agua subterránea es el agua que se encuentra debajo de la superficie de la Tierra, a menudo bombeada para beber. ^[1] La hidrología de las aguas subterráneas ( hidrogeología ) considera la cuantificación del flujo de agua subterránea y el transporte de solutos. ^[6] Los problemas para describir la zona saturada incluyen la caracterización de los acuíferos en términos de dirección del flujo, presión del agua subterránea y, por inferencia, profundidad del agua subterránea (ver: prueba del acuífero ). Las mediciones aquí se pueden realizar utilizando un piezómetro . Los acuíferos también se describen en términos de conductividad hidráulica, capacidad de almacenamiento y transmisividad. Hay varios métodos geofísicos ^[7] para caracterizar los acuíferos. También hay problemas para caracterizar la zona vadosa (zona no saturada). ^[8]

La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo. Una parte del agua se absorbe y el resto se filtra hasta el nivel freático . La capacidad de infiltración, la velocidad máxima a la que el suelo puede absorber agua, depende de varios factores. La capa que ya está saturada proporciona una resistencia que es proporcional a su espesor, mientras que eso más la profundidad del agua sobre el suelo proporciona la fuerza motriz ( carga hidráulica ). El suelo seco puede permitir una rápida infiltración por acción capilar ; esta fuerza disminuye a medida que el suelo se humedece. La compactación reduce la porosidad y el tamaño de los poros. La cobertura superficial aumenta la capacidad al retardar la escorrentía, reduciendo la compactación y otros procesos. Las temperaturas más altas reducen la viscosidad , lo que aumenta la infiltración. ^{[9] : 250–275}

La humedad del suelo se puede medir de diversas maneras: mediante sonda de capacitancia , reflectómetro de dominio temporal o tensiómetro . Otros métodos incluyen el muestreo de solutos y métodos geofísicos. ^[10]

La hidrología considera la cuantificación del flujo de agua superficial y el transporte de solutos, aunque el tratamiento de los flujos en grandes ríos a veces se considera un tema distinto de la hidráulica o la hidrodinámica. El flujo de agua superficial puede incluir el flujo tanto en canales fluviales reconocibles como en otros. Los métodos para medir el flujo una vez que el agua ha llegado a un río incluyen el medidor de caudal (ver: caudal ) y las técnicas de trazadores. Otros temas incluyen el transporte de sustancias químicas como parte del agua superficial, el transporte de sedimentos y la erosión.

Una de las áreas importantes de la hidrología es el intercambio entre ríos y acuíferos. Las interacciones entre aguas subterráneas y superficiales en arroyos y acuíferos pueden ser complejas y la dirección del flujo neto de agua (hacia las aguas superficiales o hacia el acuífero) puede variar espacialmente a lo largo del cauce de un arroyo y con el tiempo en cualquier ubicación particular, dependiendo de la relación entre el nivel del arroyo y los niveles de agua subterránea.

En algunas consideraciones, se considera que la hidrología comienza en el límite entre la tierra y la atmósfera ^[11] , por lo que es importante tener un conocimiento adecuado tanto de la precipitación como de la evaporación. La precipitación se puede medir de varias maneras: con un disdrómetro para las características de la precipitación en una escala de tiempo fina; con un radar para las propiedades de las nubes, la estimación de la tasa de lluvia y la detección de granizo y nieve; con un pluviómetro para realizar mediciones precisas y rutinarias de la lluvia y la nevada; con un satélite para la identificación de zonas lluviosas, la estimación de la tasa de lluvia, la cobertura y el uso de la tierra y la humedad del suelo, la cubierta de nieve o el equivalente en agua de la nieve, por ejemplo. ^[12]

La evaporación es una parte importante del ciclo del agua. Se ve afectada en parte por la humedad, que se puede medir con un psicrómetro de honda . También se ve afectada por la presencia de nieve, granizo y hielo y puede relacionarse con el rocío, la niebla y la neblina. La hidrología considera la evaporación de varias formas: de las superficies del agua; como transpiración de las superficies de las plantas en los ecosistemas naturales y agronómicos. La medición directa de la evaporación se puede obtener utilizando el tanque de evaporación de Simon .

Los estudios detallados de la evaporación implican consideraciones de la capa límite, así como del momento, el flujo de calor y los presupuestos de energía.

La teledetección de procesos hidrológicos puede proporcionar información sobre lugares donde los sensores in situ pueden no estar disponibles o ser escasos. También permite realizar observaciones en grandes extensiones espaciales. Muchas de las variables que constituyen el balance hídrico terrestre, por ejemplo , el almacenamiento de agua superficial , la humedad del suelo , la precipitación , la evapotranspiración y la nieve y el hielo , se pueden medir mediante teledetección en diversas resoluciones y precisiones espacio-temporales. ^[13] Las fuentes de teledetección incluyen sensores terrestres, sensores aéreos y sensores satelitales que pueden capturar datos de microondas , térmicos y de infrarrojo cercano o utilizar lidar , por ejemplo.

En hidrología, los estudios de la calidad del agua se refieren a compuestos orgánicos e inorgánicos, y tanto al material disuelto como al sedimento. Además, la calidad del agua se ve afectada por la interacción del oxígeno disuelto con el material orgánico y por diversas transformaciones químicas que pueden tener lugar. Las mediciones de la calidad del agua pueden implicar métodos in situ, en los que los análisis se realizan in situ, a menudo de forma automática, y análisis en laboratorio, que pueden incluir análisis microbiológicos .

• Análisis presupuestarios
• Estimación de parámetros
• Escalamiento en tiempo y espacio
• Asimilación de datos
• Control de calidad de los datos: véase, por ejemplo, el análisis de doble masa

Las observaciones de los procesos hidrológicos se utilizan para hacer predicciones del comportamiento futuro de los sistemas hidrológicos (caudal de agua, calidad del agua). ^[14] Una de las principales preocupaciones actuales en la investigación hidrológica es la "Predicción en cuencas no aforadas" (PUB), es decir, en cuencas donde no existen datos o existen muy pocos. ^[15]

El objetivo de la hidrología estadística es proporcionar métodos estadísticos apropiados para analizar y modelar las distintas partes del ciclo hidrológico. ^[16] Al analizar las propiedades estadísticas de los registros hidrológicos, como las precipitaciones o el caudal de los ríos, los hidrólogos pueden estimar los fenómenos hidrológicos futuros. Al realizar evaluaciones de la frecuencia con la que se producirán eventos relativamente raros, los análisis se realizan en términos del período de retorno de dichos eventos. Otras magnitudes de interés incluyen el caudal medio de un río, en un año o por estación.

Estas estimaciones son importantes para los ingenieros y economistas, ya que permiten realizar un análisis de riesgos adecuado que influya en las decisiones de inversión en infraestructura futura y determine las características de fiabilidad del rendimiento de los sistemas de suministro de agua. La información estadística se utiliza para formular normas de funcionamiento para grandes represas que forman parte de sistemas que incluyen demandas agrícolas, industriales y residenciales .

Los modelos hidrológicos son representaciones conceptuales simplificadas de una parte del ciclo hidrológico. Se utilizan principalmente para la predicción hidrológica y para la comprensión de los procesos hidrológicos, dentro del campo general de la modelización científica . Se pueden distinguir dos tipos principales de modelos hidrológicos: ^[17]

• Modelos basados ​​en datos. Estos modelos son sistemas de caja negra que utilizan conceptos matemáticos y estadísticos para vincular una determinada entrada (por ejemplo, la lluvia) con la salida del modelo (por ejemplo, la escorrentía ). Las técnicas más utilizadas son la regresión , las funciones de transferencia y la identificación del sistema . Los modelos más simples pueden ser modelos lineales, pero es común implementar componentes no lineales para representar algunos aspectos generales de la respuesta de una cuenca sin profundizar en los procesos físicos reales involucrados. Un ejemplo de tal aspecto es el comportamiento bien conocido de que una cuenca responderá mucho más rápida y fuertemente cuando ya está húmeda que cuando está seca.
• Modelos basados ​​en descripciones de procesos. Estos modelos intentan representar los procesos físicos observados en el mundo real. Por lo general, estos modelos contienen representaciones de escorrentía superficial , flujo subterráneo , evapotranspiración y flujo en canal , pero pueden ser mucho más complicados. Dentro de esta categoría, los modelos se pueden dividir en conceptuales y deterministas. Los modelos conceptuales vinculan representaciones simplificadas de los procesos hidrológicos en un área, mientras que los modelos deterministas buscan resolver la mayor cantidad posible de la física de un sistema. Estos modelos se pueden subdividir en modelos de evento único y modelos de simulación continua.

Las recientes investigaciones en modelación hidrológica intentan tener un enfoque más global en la comprensión del comportamiento de los sistemas hidrológicos para realizar mejores predicciones y afrontar los grandes retos en la gestión de los recursos hídricos.

El movimiento del agua es un medio importante por el cual otros materiales, como tierra, grava, rocas o contaminantes, se transportan de un lugar a otro. La entrada inicial a las aguas receptoras puede surgir de una descarga de fuente puntual o de una fuente lineal o de área , como la escorrentía superficial . Desde la década de 1960 se han desarrollado modelos matemáticos bastante complejos , facilitados por la disponibilidad de computadoras de alta velocidad. Las clases de contaminantes más comunes analizadas son nutrientes , pesticidas , sólidos disueltos totales y sedimentos .

• Programa Hidrológico Internacional (PHI) ^[18]

• Instituto Internacional de Gestión del Agua (IWMI) ^[19]
• Instituto UN-IHE de Delft para la Educación sobre el Agua ^[20]

• Centro de Ecología e Hidrología – Reino Unido ^[21]
• Centro de Ciencias del Agua, Universidad de Cranfield , Reino Unido ^[22]
• eawag – investigación acuática, ETH Zürich, Suiza ^[23]
• Instituto de Hidrología, Universidad Albert-Ludwigs de Friburgo, Alemania ^[24]
• Servicio Geológico de los Estados Unidos – Recursos hídricos de los Estados Unidos ^[25]
• Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA – Oficina de Desarrollo Hidrológico, EE. UU. ^[26]
• Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. , EE. UU. ^[27]
• Centro de Investigación Hidrológica , EE.UU. ^[28]
• NOAA Economía y Ciencias Sociales, Estados Unidos ^[29]
• Centro de Investigación sobre Desastres y Riesgos Naturales de la Universidad de Oklahoma, EE. UU. ^[30]
• Centro Nacional de Investigación Hidrológica , Canadá ^[31]
• Instituto Nacional de Hidrología , India ^[32]

• Instituto Americano de Hidrología (AIH) ^[33]
• Sociedad Geológica de América (GSA) – División de Hidrogeología ^[34]
• Sección de Hidrología de la Unión Geofísica Americana (AGU) ^[35]
• Asociación Nacional de Aguas Subterráneas (NGWA) ^[36]
• Asociación Estadounidense de Recursos Hídricos ^[37]
• Consorcio de Universidades para el Avance de la Ciencia Hidrológica, Inc. (CUAHSI) ^[38]
• Asociación Internacional de Ciencias Hidrológicas (AICH) ^{[39] [40]}
• Grupo de trabajo sobre estadística en hidrología (subgrupo de la IAHS) ^[41]
• Sociedad Hidrológica Alemana (DHG: Deutsche Hydrologische Gesellschaft) ^[42]
• Sociedad Hidrológica Italiana (SII-IHS) – Società Idrologica Italiana
• Asociación Nórdica de Hidrología ^[43]
• Sociedad Hidrológica Británica ^[44]
• Sociedad Geográfica Rusa (Centro de Moscú) – Comisión de Hidrología ^[45]
• Asociación Internacional de Hidrología Ambiental ^[46]
• Asociación Internacional de Hidrogeólogos ^[47]
• Sociedad de Hidrólogos y Meteorólogos – Nepal ^[48]

• Iniciativa de Aguas Conectadas, Universidad de Nueva Gales del Sur ^[49] – Investigación y concientización sobre cuestiones relacionadas con las aguas subterráneas y los recursos hídricos en Australia
• Iniciativa de la cuenca Murray Darling , Departamento de Medio Ambiente y Patrimonio, Australia ^[50]

• Revista internacional de ciencia y tecnología hidrológica
• Procesos hidrológicos , ISSN  1099-1085 (electrónico) 0885-6087 (papel), John Wiley & Sons
• Investigación en hidrología , ISSN  0029-1277, IWA Publishing (anteriormente Nordic Hydrology )
• Revista de hidroinformática , ISSN  1464-7141, IWA Publishing
• Revista de ingeniería hidrológica , ISSN  0733-9496,publicación de la ASCE
• Revista de hidrología
• Investigación del agua
• Investigación de recursos hídricos
• Revista de Ciencias Hidrológicas - Revista de la Asociación Internacional de Ciencias Hidrológicas (IAHS) ISSN  0262-6667 (versión impresa), ISSN  2150-3435 (versión en línea)
• Hidrología y Ciencias del Sistema Terrestre
• Revista de hidrometeorología

Otros campos relacionados con el agua

• La oceanografía es el estudio más general del agua en los océanos y estuarios.
• La meteorología es el estudio más general de la atmósfera y del clima, incluidas las precipitaciones en forma de nieve y lluvia.
• La limnología es el estudio de los ecosistemas de lagos, ríos y humedales. Abarca los atributos biológicos, químicos, físicos, geológicos y otros de todas las aguas continentales (aguas corrientes y estancadas, tanto dulces como saladas, naturales o artificiales). ^[51]
• Los recursos hídricos son fuentes de agua que son útiles o potencialmente útiles. La hidrología estudia la disponibilidad de esos recursos, pero normalmente no sus usos.

Busque hidrología en Wikcionario, el diccionario libre.

• Hydrology.nl – Portal de hidrología y recursos hídricos internacionales
• Árbol de decisión para la elección de un método de incertidumbre para la modelización hidrológica e hidráulica (archivado el 1 de junio de 2013)
• Wiki de hidrología experimental