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Balance Hidrologico.

General - 3 Metodos - 1 Ejemplo
by

Alan Martinez

on 25 April 2014

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Transcript of Balance Hidrologico.

Método del balance hídrico
La aplicación del balance hídrico para la determinación de la evaporación como término residual en dicha ecuación está sujeta a un error desconocido. El método del balance hídrico se usa sobre todo para el cálculo de la evaporación media en las cuencas grandes de los ríos, par la fórmula:
E = P - Qs

La determinación de la evaporación en un mes determinado, para la capa superior de la zona de aireación, por aplicación de la ecuación del balance hídrico:

E=P-Qs- ∆M+Quc-Qup

donde:

∆M: Incremento almacenado en el suelo durante el período del balance hídrico
Quc: Flujo ascendente de agua dentro de la zona de aireación desde el borde de capilaridad de la masa de agua.
Qup: Flujo de agua que regresa desde a zona de aireación a la masa de agua.

THORNTHWAITE DE 1955
Partiendo del conocimiento de las precipitaciones medias mensuales y de la evapotranspiración potencial media mensual, podemos determinar el balance climático del agua en el suelo a lo largo del año.

Balance.
El balance de materia es un método matemático utilizado principalmente en Ingeniería Química. Se basa en la ley de conservación de la materia (la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma), que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante
• Método del Agotamiento Exponencial
Pasos a seguir:
- Cálculo de P-ETP
- Cálculo de la pérdida potencial acumulada siendo Rh = S (P-ETP) para todos los meses en los que P>ETP. Para ello es necesario:
* Calcular la PPA0: PPA para el último mes de la estación húmeda: PPA = 0 si Rh ^3R0 y PPA'0 si Rh<R0.
* Para calcular la PPA'0 primero hay que calcular PPA para el resto de los meses: PPA = (ETP-P)i + PPAi-1 si (P-ETP)<0 y PPA=0 si (ETP-P) Para calcular PPA'0 se aplica la fórmula de la reserva R = R0 * e-PPA/R siendo Rh = (P-ETP) para todos los meses en que P>ETP; Rh = reserva en el último mes del periodo húmedo y PPAs = PPA en el último mes del periodo seco.
* Calcular la RH0; RH0 = Rh/1-e^(-PPA/R)
* Calcular la PPA'0; PPA'0 = -R0 * Ln (Rh0/R0).
* Se recalcula PPA en los meses de periodo seco y el último del periodo húmedo.

Balance Hidrologico.
Balance Hidrico.
El concepto de balance hídrico se deriva del concepto de balance de materia, es decir, que es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo, en un intervalo de tiempo determinado. Sintéticamente puede expresarse por la fórmula:
Metodo directo
1. Cálculo de P – ETP (Precipitación – Evapotranspiración)
2. Cálculo de la reserva: en el último mes de la estación seca.
3. Cálculo de ETA (Evapotranspiración real)
 Cuando P-ETP<0: ETA= P – VR (incremento de la reserva)
 ETA = ETP
4. Cálculo del déficit de agua: F = ETP – ETA
5. Cálculo del exceso de agua: EX= (P-ETP) – VR si EX<0
6. Cálculo del desagüe: Sólo se calcula en el mes que EX>0. D=Ex/2. Resto de los meses Di = Di-1 + Exi/2

- Cálculo de la reserva:
* si PPA0 se calcula Ri = R0 * e-PPA/R
* si PPA = 0 se calcula Ri = (Pi - ETPi) + Ri+1
* si Ri>R0, Ri= R0
- Cálculo de la variación de la reserva: se empieza a calcular en el último mes de la estación seca.
* VR = Ri - Ri-1
- Cálculo de la evapotranspiración real (ETA):
* ETA = ETP si P-ETP^3 0
* ETA = P + VR (incremento de la reserva) cuando la P-ETP < 0.
- Cálculo del déficit de agua (F): F = ETP-ETA
- Cálculo del exceso de agua (Ex): se empieza a calcular el primer mes en que R = R0 de modo que:
* Ex = (P- ETP) - VR si Ex < 0, Ex = 0
- Cálculo del desagüe (D): sólo se calcula el mes en que Ex > 0.
* el primer mes D = Ex/2
* el resto de los meses: Di = Di-1 + Exi/2

Nombre, altitud, latitud y longitud de la estación meteorológica (termo-pluviométrica) de la cual se van a usar los datos de P y t.
2. Precipitación media mensual (P, en mm/mes) para cada mes del año, calculada a ser posible con una serie larga de datos históricos para minimizar sesgos debidos a ciclos húmedos y secos.
3. Temperatura media mensual (t, en ºC) para cada mes del año, calculada igual que P.
4. Reserva útil característica del suelo en estudio (RU; en mm), y valor de RU al comienzo del año hidrológico (octubre) en la zona de trabajo.
Para la determinación del balance hídrico se debe
hacer referencia al sistema analizado. Estos sistemas pueden ser, entre otros:
• Una cuenca hidrográfica;
• Un embalse;
• Un lago natural;
• Un país;
• El cuerpo humano.


El agua, aunque se encuentra en un movimiento cíclico contínuo, es cuantificable y debido a los requerimientos actuales del hombre, es necesario conocer con exactitud ese movimiento y definirlo, para aprovechar de forma racional los recursos hídricos y que no se modifiquen de forma irreversible, los componentes que intervienen en el ciclo del agua.
El balance hídrico tiene por objeto cuantificar los recursos y volúmenes de agua del ciclo hidrológico
El establecimiento del balance hídrico en una cuenca o en una región determinada permite obtener información sobre:
El volumen anual de escurrimiento o excedentes.
El período en el que se produce el excedente y por tanto la infiltración o recarga del acuífero.
Período en el que se produce un déficit de agua o sequía y el cálculo de demanda de agua para riego en ese período.
La capacidad máxima de retención de agua del suelo surge de aplicar la siguiente fórmula:
CMR (mm) = DA (gr/cm³)xHE (cm³/gr)x h (cm)x0.1(mm/cm)
DA: Densidad aparente
HE: humedad equivalente
h: altura de cada horizonte
0.1: factor de conversión
1. Si un mes P≥ETP, entonces ese mes ETR= ETP
2. Si un mes P<ETP, entonces ese mes ETR= P+ parte de RU, hasta que la suma de ambos sea = ETP.Pero: a) Si un mes no hay suficiente RU para alcanzar el valor de la ETP, entonces ETR<ETPy la diferencia se llama déficit de agua en el suelo (DEF). (DEFno se acumula para el mes siguiente; su relevancia no es hidrogeológica sino agronómica, ya que afecta al crecimiento de las plantas) b) Si un mes la RU= 0, ese mes ETR= P

3. Si un mes P – (ETR + ΔRU) > 0, la fracción de P sobrante se llama superávit (SUP). SUP equivale a la infiltración I: agua que sobrepasa el alcance de las raíces. Una parte de SUP descargará a los ríos de forma más o menos diferida y el resto se convertirá en recarga al acuífero (R).
Según Thorthwaite: aproximadamente ½ SUP que se produce en un mes concreto descarga a los ríos de forma más o menos rápida, y la otra mitad queda en la zona no saturada disponible para seguir descargando a los cauces o convertirse en Ren los meses siguientes.

P media, ETP según Thornthwaite y una reserva máxima de 100 mm.


Balance hídrico mediante el método directo

P es la precipitación media o mediana mensual
ET es la evapotranspiración (potencial o de referencia)
P-ET es el balance mensual de entadas y salidas potenciales de agua del suelo. La diferencia nos clasifica los meses en secos (P-ET<0) y en húmedos (P-ET>0) según las entradas superen o no a las salidas potenciales.
R es la reserva del suelo. Cuando en un mes se produzcan más entradas que salidas, (P>ET) el agua sobrante pasará a engrosar la reserva del suelo; por el contrario, cuando las salidas sean mayores que las entradas se reducirá la reserva del suelo.

Como referencia climática se toma una reserva máxima de 100 mm. En el balance hídrico, la reserva del mes se calcula agregando los incrementos (P-ET) cuando estos son positivos. Así la reserva en el mes "i" (en función de la del mes anterior "i-1") será:



VR (variación de reserva) es la diferencia entre la reserva del mes en el que estamos realizando el calculo y la reserva del mes anterior.

ETR es la evapotranspiración real, el cual es el volumen de agua que realmente se evapotranspira en el mes dependiendo de que haya suficiente agua disponible para evaporar y asi llegar a la ET potencial o de referencia.
En el periodo húmedo, al cubrir la precipitación la demanda potencial la ETR es igual a la potencial.
En el periodo seco, el agua que se evapora será el agua de precipitación mas la que se extrae del suelo o de la variación de la reserva.

F es el volumen de agua que falta para cubrir las necesidades potenciales de agua (para evaporar y transpirar).
Ex es el agua que excede de la reserva máxima y que se habrá perdido por escorrentía superficial o profunda.


D es el déficit de agua, el exceso de agua se dirige hacia los niveles de aguas freáticas y los ríos.


Ejercicio
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