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Ciclo hidrológico e integral del agua
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    Ciclo hidrológico e integral del agua Ciclo hidrológico e integral del agua Presentation Transcript

    • Ciclo Hidrológico e Integral del Agua
      Beatriz Del Río Gamero
    • ÍNDICE :
      • 1. El agua.
      • 2. El agua en los seres vivos.
      • 3. ¿Qué es el ciclo natural o hidrológico del
      agua?
       4. Fases del ciclo natural del agua
      Condensación.
      Precipitación.
      Escorrentía.
      - Superficial.
      - Hipodérmica.
      - Subterránea.
       Almacenamiento.
      - El océano es un depósito del agua.
      - Almacenamiento de agua en la atmósfera.
      - Agua almacenada en los hielos y la nieve.
      - Almacenamiento de agua dulce.
      - Agua subterránea almacenada
       Evaporación.
      - La evaporación conduce el ciclo del agua.
       Transpiración.
       
      • 5 Distribución global del agua
      6.Factores que afectan al ciclo hidrológico del agua
      • 7.¿Cómo prevenir la alteración del ciclo hidrológico?
       8. Balance hidrológico
       Islas Canarias
       Gran Canaria
      • 9.¿ Qué entendemos por el ciclo integral del agua?
      • 10. Esquema general
      11. Partes del ciclo
      Captación del agua
       Estación de tratamiento del
      agua potable
       Desalación
      -Con cambio de fase :
      * Destilación en múltiple
      efecto.
      * Compresión de vapor
      - Sin cambio de fase:
      * ósmosis inversa.
      * Electrodiálisis.
       Distribución de consumo y agua.
       Red de alcantarillado.
       EDAR.
       Reutilización.
       
    • EL AGUA
      La molécula del agua consiste en la combinación de un átomo de oxigeno con dos de hidrógeno, unidos formando un ángulo de 105°.
      El agua cubre cerca del 71% de la superficie terrestre formando océanos, casquetes polares, aguas superficiales y subterráneas. Todos estos elementos conforman la hidrosfera. Se estima que el volumen de agua de la hidrosfera es de 1.386 millones de km3. De este volumen el 96,5 % se encuentra en los océanos como agua salada y el 3,5 % restante como agua dulce proveniente del continente. De este ultimo porcentaje, el 69 % se encuentra en forma sólida en los glaciares y el 30 % como agua subterránea, quedando solamente el 1 % conformando los ríos, lagos, lagunas.
    •  EL AGUA EN LOS SERES VIVOS :
      El agua es un compuesto que forma parte de los seres vivos, desde los seres unicelulares más primitivos hasta la especie humana. La vida solo es posible en un medio con agua líquida.
      En los animales, constituye entre un 60% y un 70% de su peso total, sus tejidos están formados, entre otras cosas, por agua y las reacciones químicas que constituyen su metabolismo se realizan en un medio acuoso.
      Con las plantas ocurre lo mismo, entre el 75% y el 90% de su peso total es agua.
    •  ¿ QUÉ ES EL CILO NATURAL DEL AGUA?
      La hidrología es la ciencia que estudia la distribución del agua en la Tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustancias existentes en la naturaleza, y su relación con la vida en el planeta
      El agua terrestre puede estar en forma sólida, líquida,
      o de vapor, debido a que las condiciones de presión/
      temperatura en el planeta se sitúan alrededor de las de
      su punto triple.
      Otra función muy importante del ciclo hidrológico es su efecto sobre el clima del planeta.
      Las corrientes marinas calientan o enfrían muchas zonas del planeta, manteniendo condiciones óptimas para la vida en regiones donde sería difícil vivir.
    • . El agua circula por todo el planeta, moviéndose de la atmósfera hacia la tierra y los mares en forma de precipitaciones o en forma de evaporación, y viceversa. Discurre por los ríos y éstos hacia el mar. Se cae en forma de nieve en las altas montañas o forma hielo en las regiones frías. Se filtra por la tierra y recarga los acuíferos y éstos a su tiempo, alimentan fuentes y originan ríos y lagos. Forma parte de los seres vivos convirtiéndose en su principal elemento. Todo este proceso no sería posible sin la energía térmica del sol que es la que mantiene en movimiento todo este ciclo.
    • El ciclo natural del agua depende fundamentalmente de la interrelación entre una serie de factores: el volumen de las precipitaciones; el sustrato geológico y el tipo de materiales y las características de los suelos.
      Lógicamente la variedad de situaciones que esto conlleva hace que los ciclos del agua presenten diferencias notables no solo a escala continental sino también entre las principales unidades físicas que componen la región. De hecho el agua es uno de los agentes más decisivos en esta configuración física en tanto que, por un lado, actúa como modelador del relieve mediante un largo proceso de erosión motivada por la escorrentía superficial y, por otro, determina, en íntima relación con los materiales que forman el suelo, la productividad biológica de cada espacio, su fertilidad y el tipo de vegetación que es capaz de soportar.
    • El ciclo hidrológico consta de 5 etapas :
      • CONDENSACIÓN :
      Los movimientos ascendentes del aire en la atmósfera elevan el vapor de agua, y además los vientos lo transportan a grandes distancias.
      A menor temperatura  mayor saturación.
      A mayor saturación  se condensa en gotas de 40-50 micras de diámetro.
      EJEMPLO :
    • PRECIPITACIÓN:
      En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo.
      La precipitación es generada por las nubes, cuando alcanzan un punto de saturación; en este punto las gotas de agua aumentan de tamaño hasta alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza de gravedad.
      La cantidad de agua que desciende de la tierra durante la lluvia se mide por medio del Pluviómetro.
      • ESCORRENTÍA:
      La escorrentía es el agua generada por una cuenca en
      la forma de flujo superficial y por tanto constituye
      la forma más disponible del recurso.
      Se considera escorrentía (E) al total del agua que circula por los cauces superficiales y subterráneos:
      E = ES + EH + PS + PD
      DONDE:
      Escorrentía superficial (ES)
      Escorrentía hipodérmica (EH)
      Escorrentía subterránea (PS)
      PD Precipitaciones.
    • TIPOS DE ESCORRENTÍAS
    • ESCORRENTÍA SUBTERRÁNEA:
      RETORNO A LA SUPERFICIE :
      + Fuentes o Manantiales :Se originan cuando el nivel freático corta a la superficie del terreno, de manera que el agua de un acuífero fluye al exterior.
      + Zonas pantanosas: Afloramientos de aguas subterráneas cuando el nivel freático coincide con la superficie del terreno en zonas más o menos amplias.
      + Fuentes termales y geyseres: Las rocas calientes se pueden encontrar relativamente cerca de la superficie, como ocurre en zonas volcánicas. Cuando estas aguas calientes afloran a la superficie, dan lugar a los manantiales y fuentes termales.
    •  ALMACENAMIENTO:
      Podemos encontrar varias formas, estados e incluso espacios para almacenar el agua:
      + El océano es un depósito del agua: La cantidad de agua que es "almacenada" en los océanos por largos períodos de tiempo, es mucho mayor a la que actualmente se encuentra en movimiento en el ciclo del agua. También se estima, que los océanos proveen de un 90% del agua que se evapora hacia la atmósfera. Durante los períodos de clima más frío, se forman grandes capas de hielo, menor será el agua disponible en las otras componentes del ciclo. Lo contrario en los calidos.
      EL océano: 1.338.000.000 kilómetros cúbicos
      + Almacenamiento de agua en la atmósfera :Si bien la atmósfera no es un importante almacenador de agua, es una vía rápida que el agua utiliza para moverse por el globo terráqueo. Siempre hay agua en la atmósfera .12,900 kilómetros cúbicos
    • + Agua almacenada en los hielos y la nieve: El agua que es almacenada por largos períodos de tiempo en el hielo, la nieve o los glaciares, también forma parte del ciclo del agua. La mayor parte de la masa de hielo de la Tierra, alrededor del 90 por ciento, se encuentra en la Antártida.
      + Almacenamiento de agua dulce:
      El agua superficial incluye
      los arroyos, estanques, lagos, reservorios y humedales de
      agua dulce. La cantidad y localización del agua superficial
      varia en el tiempo y el espacio, ya sea por causas naturales o debido a la
      acción del hombre. 
      + Agua subterránea almacenada :
      Grandes cantidades de agua son
      almacenadas en el suelo.
    •  EVAPORACIÓN :
      La evaporación es el principal proceso mediante el cual, el agua cambia de estado líquido a gaseoso.Diversos estudios han demostrado que los océanos, mares, lagos y ríos proveen alrededor del 90% de humedad a la atmósfera vía evaporación; el restante 10% proviene de la transpiración de las plantas. El calor (energía) es necesario para que ocurra la evaporación.
      Una vez evaporada, una molécula de agua permanece alrededor de diez días en el aire.
      • TRANSPIRACIÓN :
      La transpiración es el proceso por el cual el agua es llevada desde las raíces hasta pequeños poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua y se libera a la atmósfera. Durante la estación de crecimiento, una hoja transpirará una cantidad de agua mucho mayor a su propio peso
    • Distribución global del agua
    • FACTORES QUE AFECTAN AL CICLO HIDROLÓGICO :
      Los cambios en el ciclo o la circulación pueden traer grandes cambios clímaticos:
      la temperatura global promedio aumenta, también lo hará el nivel del mar (Miami y Nueva Orleans.
      Algunos científicos creen que el aumento de la frecuencia y severidad de los eventos de El Niño en las décadas recientes, se debe a la aceleración del ciclo hidrológico, inducido por el calentamiento global.
    • De manera más inmediata, cada vez se hace más evidente el límite de los recursos de agua dulce de la Tierra. El agua del suelo terrestre puede tomar miles o millones de años para recargarse naturalmente y estamos usando estos recursos mucho más rápido de lo que están siendo recargados.
      Las aguas de la superficie alrededor del mundo están contaminadas en gran medida por deshechos humanos y animales, sobre todo en países como India y China.
    • El ciclo ha sido alterado por la acción del hombre al talar los bosques, lo que provoca que el agua se precipite rápidamente al mar, haciendo que los ríos se desborden y luego se sequen, que la tierra fértil sea arrastrada y aumente la erosión, que la capa acuífera desaparezca y, por lo tanto, que el agua no se aproveche.
      Las actividades industriales y el transporte emiten grandes cantidades de gases que generan el efecto invernadero en la atmósfera
    •  ¿Cómo prevenir la alteración del ciclo hidrológico?
      Solamente la conservación de la naturaleza y el uso racional de sus recursos puede ayudarnos a conservar el equilibrio.
    •  Balance Hidrológico.
      El tema del ciclo del agua conduce a un planteamiento matemáticoel balance hidrológico, que es la contabilidad cuantitativa del ciclo hidrológico.
      La ecuación para el balance hidrológico, que es la conservación en un sistema hidrológico acotado o promedio, es:
      - P = Precipitación, mm /día.
      - R = Escorrentía.
      - E = Evaporación.
      - ∆S = Cambio en el nivel de humedad del suelo.
      - ∆G = Cambio en el nivel de agua subterránea.
       
    • La ecuación supone que no hay “flujo” entre cuencas. Así como esto es correcto para agua superficial, no siempre es posible verificar que hay flujo cero en las regiones del subsuelo entre contornos de las cuencas. Si esta ecuación se promedia a lo largo del ciclo hidrológico (en los climas puede no haber cambios significativos en ∆S o ∆G). Así que:
      ✪El balance hídrico se establece normalmente para un año año hidrológico
      • La aplicación de la fórmula lleva a una estimación, no a un cálculo definitivo; ya que por los diferentes tipos de clima, no en todos los lugares precipitará en la misma fecha ni en la misma cantidad, tampoco la evaporación será la misma; también dependerá del tipo de suelo y de paisaje, de la altitud, etc
    • GRAN CANARIA (ISLAS CANARIAS) :
      El archipiélago está situado frente a la costa noroeste de África. Son islas de origen volcánico próximas al trópico de Cáncer.
      Precipitaciones medias:
       Islas orientales: 100 – 300 mm.
      Islas occidentales: 400 – 800 mm.
      • Agua en Canarias. el ciclo hidrológico se inicia cuando el vapor de agua existente en las nubes se condensaprovocando una precipitación .
      • Alguna se evapora antes de llegar a la superficie.
      • Otra llega a la superficie, puede almacenarse (evaporarse), o crear escorrentías superficiales (desembocado en el mar ) y subterráneas (creando acuíferos o evotranspiración.)
      La variación de los porcentajes de Infiltración de una isla a otra va a depender fundamentalmente de su morfología, vegetación, geología e hidrología superficial.
    • Balance Hidrológico: Gran Canaria.
      Situada en la zona central del archipiélago, tiene forma redondeada de unos 50km de diámetro, una altura de 1949m y una superficie de 1554km2. El origen volcánico de la isla aumenta el problema de la obtención y el almacenamiento del agua, superficial o subterránea.
      Para poder plantear el Balance Hidrológico en Gran Canaria debemos de tener en cuenta las distintas partes que están implicadas en la determinación de ellas:
    • Precipitaciones.
      Para calcular las Precipitaciones, debemos de tener en cuenta el reparto espacial de la lluvia y la duración e intensidad de la precipitación.
      Plano de Isoyetas, en el que observamos un aumento con la altura, siguiendo un eje de orientación NO-SE.
    • Representación de la variación de la precipitación en el periodo 1994-1951
    • Evapotranspiración (Evaporación + Transpiración).
      La evapotranspiración se mide mediante Lisímetros: 
      También se puede obtener mediante el cálculo diario: Ecuación de Hargreaves :
      Evotranspiración en mm/día
      * = Temperatura media diaria en ºC
      * = Radiación solar en mm/día  Tabulada
      * = Temperatura diaria máxima
      * = Temperatura diaria mínima
    • Comparando los valores de precipitación mensuales con los de evapotranspiración, se observa en la siguiente grafica, que desde marzo hasta octubre, la evapotranspiración es mayor que la precipitación, mientras que en noviembre, diciembre, enero y febrero ocurre lo contrario.
    • Infiltración
      El método para calcular la Infiltración seria: Horton
      Tasa de infiltración inicial.
      = Tasa de infiltración en cualquier momento.
      = Tasa de infiltración final.
      K = Constante empírica..
      t = tiempo
    • Escorrentías.
      El 16% de las precipitaciones caídas sobre la isla forma escorrentía superficial y el 19% restante se infiltra. Estos datos expresados como un porcentaje del valor medio anual de la precipitación, son datos simplemente indicativos, dado el régimen variable de las precipitaciones.
    • BALANCE
      En Gran Canaria las entradas y salidas de agua se resumen a:
       
      Entradas de agua: Precipitaciones (P): Incluyen las precipitaciones ocultas como son, rocío, lluvia horizontal, escarcha, etc.
       
      Salidas de agua: Evapotranspiración y evaporación (ET). Infiltraciones (I) Escorrentía (E)
       
      El balance quedaría:
      P = ET + I + E
    • Sustituyendo los correspondientes datos de la Isla de Gran Canaria, aportados por el balance hidráulico anual que esponemos mas adelante, tenemos que :
      P – ET – I – E = 0  466 – 304 – 75 – 87 = 0
    • ¿Qué entendemos por ciclo integral del agua?
      El Ciclo Integral del Agua es la expresión que define el recorrido hecho por el agua desde su captación en estado bruto en la Naturaleza hasta su disponibilidad potabilizada en nuestros hogares y, cerrándolo en sentido inverso, el que realiza para reintegrarse convenientemente depurada a la Naturaleza.
    • El agua se capta de distintos medios naturales, como queda explicado en el diagrama siguiente:
      Partes del ciclo:
      ✪ 1 CAPTACIÓN DE AGUA
      ✪ 1 ESTACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
      ✪ 1 DESALACIÓN
      ✪ 1 DISTRIBUCIÓN Y CONSUMO DEL AGUA
      ✪ 1 ALCANTARILLADO
      ✪ 1 DEPURACIÓN
      ✪ 1 REUTILIZACIÓN
    • CAPTACIÓN DE AGUA
      La captación del agua en la naturaleza para su uso procede casi en su totalidad de las aguas superficiales (embalses y ríos), las aguas subterráneas (pozos y manantiales) y el agua del mar y salobre. Esta captación se realiza mediante sistemas de bombeo que controlan la cantidad de agua que se suministra a la planta.
    •  ESTACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
      Instalaciones que convierten el agua natural o bruta en agua potable. Están localizadas entre las instalaciones de captación de agua (embalses y pozos) y los depósitos y canalizaciones que la distribuirán por los hogares. Tienen como misión la eliminación de tres tipos principales de sustancias indeseables en el agua destinada al consumo humano:
       Materia mineral.
      Materiales orgánicos
      Contaminantes biológicos
      Pero también debe cumplir otra exigencia: ausencia de sabores, olores, colores o turbiedades desagradables, -propiedades organolépticas- (Real Decreto 1138/90 de 14 de Septiembre)
      ETAPAS DEL PROCESO:
      Preoxidación.
      Coagulación y floculación.
      Decantación. 
      Filtrado sobre arena
      Neutralización
      Desinfección final
    • DESALACIÓN
      La desalación es el proceso de obtención de agua dulce a partir de agua de mar o salobre. Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales destinadas a la desalación.
      Destilación en múltiple efecto
      con cambio de fase
      Compresión de vapor.
      Tipos de procesos
      Electrodiálisis
      sin cambio de faseÓsmosis inversa
    • (MED)
      Compresión de vapor.
    • Ósmosis inversa:
      Electrodiálisis:
    • DISTRIBUCIÓN Y CONSUMO DEL AGUA:
      Estamos alcanzando el límite de extraer agua dulce de la superficie terrestre y el consumo no deja de aumentar. Sin embargo, una gran amenaza la constituye el efecto que el cambio climático tendrá sobre el ciclo hidrológico y la disponibilidad de agua dulce.
      Para asegurar nuestras necesidades básicas necesitamos de 20 a 50 litros de agua potable, libre de contaminantes, por día. Un recién nacido en un país desarrollado consume una cantidad de agua 30 a 50 veces mayor que la de un recién nacido en un país en desarrollo.
    • ALCANTARILLADO:
      La red de alcantarillado tiene la misión de recoger las aguas residuales de las zonas habitadas y conducirlas a un cierto punto para su evacuación, en muchas ocasiones, los líquidos residuales deberán someterse a un tratamiento más o menos intenso antes de su vertido a un curso de agua o habrán de descargarse debidamente, de modo que no puedan ser causa de peligro para la salud pública u ocasionar perjuicios.
    • DEPURACIÓN :
      Procesa y recicla el agua antes de retornarla al medio natural receptor, lo que contribuye notablemente a la preservación de los recursos naturales.
      Las EDAR permiten eliminar las contaminaciones físico-químicas y biológicas. Las aguas residuales pueden tener diferentes composiciones, según la calidad del agua de abasto de la cual se parte y según uso anterior.
      • FASES :
      Pretratamiento
      Tratamiento primario
      Tratamiento secundario
      Tratamiento terciario
    •  Pretratamiento
      El pretratamiento elimina los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia puede provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de procesos, operaciones y equipos auxiliares:
    • Tratamiento primario :
      Con este tratamiento conseguimos:
      La reducción de los sólidos en suspensión (S.S.) o materia en suspensión (M.E.S.), que no han sido retenidos en el pretratamiento.
      La oxigenación de los fangos concentrados para evitar los malos olores producidos normalmente por condiciones de anaerobiosis.
      La eliminación de espumas y elementos flotantes.
    • Tratamiento secundario
      El objetivo fundamental de este tratamiento es la eliminación de la materia orgánica biodegradable.
      Los procesos biológicos de aplicación más común son:
      Proceso de fangos activados
      Lagunas aireadas
      Filtros percoladores
      Biodiscos
      Estanques de estabilización
    • Tratamiento terciario
      Los tratamientos terciarios se utilizan para eliminar o disminuir la presencia de algún componente no suficientemente eliminado con los tratamientos primario y secundario. Los principales tratamientos terciarios son los que, por varios sistemas, disminuyen:
      El contenido de nitrógeno de las aguas.
      El contenido de fósforo.
      Los sólidos en suspensión (coagulación química y filtración)
      La materia orgánica y metales (adsorción con carbono activo).
      Las sales disueltas sin cambio de estado (ósmosis inversa y electrodiálisis)
    •  REUTILIZACIÓN
      La reutilización de las aguas depuradas constituye un elemento estratégico en el desarrollo de la economía canaria, asentada fundamentalmente en la agricultura de exportación y el turismo, al permitir un incremento sustancial de los recursos hidráulicos disponibles.
      El agua depurada puede utilizarse en agricultura, riego de parques y jardines, campos de golf, industrias, etc.