libro

1. Gestión Integrada y Sostenible
de Recursos Hídricos
M1:Fundamentos y Conceptos Básicos para
la Gestión de los Recursos Hídricos
Presentado por:
Ing. José Daniel Vizcarra Llerena.

2. Contenido
1. Introducción a los recursos Hídricos.
2. Conceptos Básicos de la Hidrología.
3. Ciclo Hidrológico.
4. Procesos y Mediciones del ciclo Hidrológico.
1. Precipitación.
2. Evaporación.
3. Evapotranspiración.
4. Infiltración.
5. Escorrentía.
5. Tipos de agua.

3. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
Distribución del agua en la Tierra:
• No solamente existe la misma cantidad de agua en la tierra hoy,
que cuando se creo el planeta, sino que es la misma agua. En la
naturaleza el agua es abundante y a la vez escasa.
Fuente (http://campus.ort.edu.ar/articulo/347271/1-1-a-distribucion-de-agua-dulce-en-el-mundo).

4. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
La
ONU
Cada persona
necesita un
mínimo de 50
litros diarios a
consumir.
En 1990 mas
de 1000
millones de
personas no
contaban con
este servicio.
Crisis grave del
agua, por el
cambio
climático.

5. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
• Si existe tanta agua y según el ciclo hidrológico esta se mantiene,
¿Dónde está el problema?.
• Efecto invernadero.
• Cambio climático.
• Contaminación ambiental. Pueden ser algunos
motivos de este
grave problema.

6. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
• Muchas de las industrias mundiales de crecimiento alto, utilizan
aguas en fuertes cantidades.
• Junto con el crecimiento de la población también se da el
crecimiento del consumo de agua.
• La contaminación mundial masiva de los sistemas de agua de la
superficie supone una gran carga sobre las reservas de agua potable
restantes.
• La deforestación global, la destrucción de zonas húmedas, el vertido
de pesticidas y fertilizantes en las vías fluviales y el calentamiento
global son el resultado que paga el frágil sistema acuífero de nuestro
planeta Tierra.

7. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
• El Perú, con un área de 1 285 216 km2 y una población de 28 220 764 millones
de habitantes (a octubre de 2007), se encuentra ubicado en el centro de la costa
oeste de Sudamérica. La presencia de la corriente peruana (localmente conocida
como la Corriente de Humboldt), la cordillera de los Andes y la selva amazónica
han creado una gran diversidad de climas dentro del país y una distribución muy
desigual de los recursos hídricos. El (INRENA) identificó 106 cuencas
hidrográficas. Tres macrocuencas contienen las cuencas identificadas como la
cuenca del Pacífico, la cuenta del Atlántico y la cuenca del lago Titicaca,

8. 1. Introducción a los Recursos Hídricos
• El consumo anual de agua en el Perú es aproximadamente de 20 072
millones de metros cúbicos por año (Mm3/año), de los cuales 80% se
emplean en actividades agrícolas, 18% son usados en servicios de
agua potable y alcantarillado y usos industriales y 2% es empleado en
la industria minera. El uso no consuntivo, que incluye la generación
de energía eléctrica, se estima en 11 139 Mm3/año.

9. 1. Introducción a los Recursos Hídricos

10. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
1.- Etimologia:
Viene del Griego HYDOR (Agua) y LOGOS (Estudio).
2.- ¿Qué es la Hidrología?
• La hidrología es una ciencia relativamente poco desarrollada, que trata del origen y de la distribución
del agua considerada como recurso natural. La aplicación de los principios de la hidrología a la
administración y al aprovechamiento de las tierras es tan completamente nueva que apenas la
conocen incluso muchos técnicos de silvicultura y agronomía.
• Según Dingman (1994), es “La ciencia que se enfoca al ciclo hidrológico global y a los procesos
involucrados en la parte continental de dicho ciclo, es decir, es la geociencia que describe y predice:
• Las variaciones espaciales y temporales del agua en las etapas terrestre, oceánica y atmosférica del sistema
hídrico global.
• El movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre, incluyendo los procesos químicos, físicos y
biológicos que tienen lugar a lo largo de su trayectoria”.

11. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
3.- Importancia de la Hidrología:
• En la actualidad la hidrología cumple un papel muy importante en el
planeamiento del uso de los Recursos Hídricos, llegando a convertirse
en parte fundamental de los proyectos de ingeniería que tienen que
ver con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje,
protección contra la acción de ríos y recreación.
• De otro lado, la integración de la hidrología con la Geografía
(Hidrogeografía) matemática en especial a través de los sistemas de
información geográfica ha conducido al uso imprescindible del
computador en el procesamiento de información existente y en la
simulación de ocurrencia de eventos futuros.

12. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
Fundamentos
y usos de la
Hidrología.
El diseño de obras hidráulicas,
para efectuar estos estudios
se utilizan frecuentemente
modelos matemáticos que
representan el
comportamiento de toda la
cuenca sustentada por la obra
en examen
La operación optimizada del
uso de los recursos hídricos en
un sistema complejo de obras
hidráulicas, sobre todo si son
de usos múltiples. En este
caso se utilizan generalmente
modelos matemáticos
conceptuales, y se procesan
en tiempo real
El correcto conocimiento del
comportamiento hidrológico
de como un río, arroyo, o de
un lago es fundamental para
poder establecer las áreas
vulnerables a los eventos
hidrometeorológicos
extremos
Prever un correcto diseño de
infraestructura vial, como
caminos, carreteras,
ferrocarriles, etc.

13. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
4.- Ciencias que intervienen en el estudio de la Hidrología.
Ciclo
Hidrológico
• Movimiento general del agua ascendente por evaporación y descendente primero por las precipitaciones y después en
forma de escorrentía superficial y subterránea.
Hidrología
Superficial
• Describe la relación entre lluvia y escurrimiento lo cual es de importancia para los diversos usos del agua ya sea para usos
domésticos, agricultura, control de inundaciones, generación de energía eléctrica y drenaje rural y urbano.
• Describe la dinámica de flujo del agua en sistemas superficiales (ríos, canales, corrientes, lagos, etc.,)
Hidrología
Subterránea
• Hidrología subterránea se suele considerar que es sinónimo de Hidrogeología, aunque cabe introducir matices según el
énfasis fisicomatemático o geológico.
Hidráulica de
Canales
• Estudia el movimiento de los fluidos.

14. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
5.- Conceptos Básicos de la Hidrología:
5.1.- Cuenca:
La cuenca es la unidad hidrológica superficial más utilizada. Consiste en una porción de territorio que se puede aislar de forma que si
esta fuese impermeable toda el agua que escurriría por ella drenaría por un mismo punto. Dos tipos de cuenca se pueden reconocer,
endorreicas y exorreicas.
Las cuencas endorreicas son aquella que terminan en un lago central.
Las cuencas exorreicas son aquellas cuencas que drenan fuera de la unidad hidrológica.
Es un elemento que permite controlar las cantidades de agua para poder hacer una contabilidad de la misma.

15. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
5.1.1.- Cuenca Hidrográfica:
Es un espacio definido por la naturaleza, con base en la divisoria de las aguas y la
escorrentía superficial. En la Practica las zonas mas altas y los cerros que circundan un
Rio son definidas como cuenca hidrográfica; allí se ubican los recursos naturales, las
ciudades, las industrias y/o actividades humanas, infraestructura y servicios de las
poblaciones.
Las cuencas son espacios socio geográficos donde las personas y sus organizaciones
comparten el territorio, identidades, tradiciones, cultura socializan y trabajan en
función de la disponibilidad de los recursos naturales.
Zona de Recarga
Zona de
Transición
Zona de
Descarga

16. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
5.1.2.- Cuenca Hidrológica:
Son unidades morfológicas integrales y además de incluir todo el
concepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido toda la
estructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un Todo.

17. 2. Conceptos Básicos de la Hidrología
6.- Cauce:
También llamado lecho, es el conducto descubierto o acequia por donde
corren las aguas para riegos u otros usos.

18. 3. Ciclo Hidrológico del Agua

19. 3. Ciclo Hidrológico del Agua
Un
poco de
Historia
En la época antigua
Platón y Aristóteles
pensaban que el ciclo
hidrológico se
alimentaba a partir del
mar.
En el siglo XVII
Descartes y Kepler
pensaban lo mismo
En el mismo siglo
Marriotte y Perrault la
noción poética del ciclo
del agua fue
demostrada en la
cuenca del Río Sena,
aquí nació el concepto
de la Hidrología.

20. 3. Ciclo Hidrológico del Agua
1.- ¿Qué es el Ciclo del Agua?
• Una de sus definiciones es el proceso de circulación entre las distintas
partes de la Hidrosfera.
• Otro concepto es que se denomina ciclo del agua o hidrológico al
movimiento general del agua ascendente por evaporación y
descendente primero por precipitaciones y después en forma de
escorrentía superficial y subterránea.

21. 3. Ciclo Hidrológico del Agua
• El ciclo hidrológico se puede definir como una serie de reserva o áreas
de almacenamiento, y una serie de procesos que causas que el agua se
mueva entre estas reservas.
RESERVA DE AGUA % PORCENTAJE
OCEANOS 97
AGUA DULCE 3
CASQUETES POLARES 78
AGUA SUBTERRANEA 21
RIOS, LAGOS, LLUVIAS 1

22. 3. Ciclo Hidrológico del Agua

23. 3. Ciclo Hidrológico del Agua
2.- Balance Hídrico:
• El Balance Hídrico es la contabilidad cuantitativa del ciclo
hidrológico. El período de tiempo que se suele considerar para
cuantificar el balance Hirdrico de una determinada zona se le
denomina Año Hidrológico.
• La única forma de aportación al ciclo del agua es por medio de las
precipitaciones.

24. 3. Ciclo Hidrológico del Agua
2.- Balance Hídrico:
Podemos deducir la siguiente ecuación para el balance hídrico, que es la conservación de la masa en un
sistema Hidrobiológico acotado.
𝑃 = 𝑅 + 𝐸 ± ∆𝑆 ± ∆𝐺
Donde:
P = Precipitación (mm/día)
R = Escorrentía
E = Evaporación
ΔS = Cambio de Nivel de humedad en el suelo.
ΔG = Cambio del nivel de agua subterránea.
Si esta ecuación se promedia a lo largo del ciclo del agua puede no haber cambios significativos en ΔS y ΔG, la
ecuación quedaría de la siguiente forma.
𝑃 = 𝑅 + 𝐸
Esta ecuación será utilizada para determinar la evaporación a partir del balance hídrico anual de sistemas
cerrados.
Ec. 1
Ec. 2

25. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
• El sol dirige el ciclo calentando el agua de los océanos, produciéndose la Evaporación
del agua que a posterior formaran las nubes que precipitaran.
Evaporación
• El agua que se encuentra en estado sólido pasa directamente al estado de vapor. Es el
caso de los glaciares, que por el aumento de la temperatura el hielo se vaporiza.
Sublimación
• Cambio en el estado de la materia de vapor a líquido que se produce con el
enfriamiento. Este proceso libera energía de calor latente para el medio ambiente.
Condensación
• Las grandes masas de vapor arrastradas de manera ascendente por los vientos llegan a
condensarse a cierta altura de la atmosfera, las cuales por choque entre ellas alcanzan
cierto volumen y peso, lo que genera la precipitación.
Precipitación
• El agua precipitada discurre por la superficie debido a la gravedad, una parte del agua
entra en los ríos a través de encañadas y estos ríos llevan el agua hacia los océanos y
otra parte del agua que discurre se acumula y son almacenadas en lagos y lagunas.
Escorrentía
• Parte del agua de precipitación es filtrada hacia los estratos profundos del suelo
alimentando las aguas subterráneas (ACUIFEROS).
Infiltración

26. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
•Formas del agua en estado Líquido o sólido que caen directamente sobre la superficie terrestre. Ej. Lluvia, llovizna, granizo, nieve, etc.
Concepto
•Fuente son las nubes, estas no se llegan a producir hasta que las diminutas partículas que las constituyen se unen y consiguen un tamaño suficiente
que les ayude a vencer la fuerza ascendente de las corrientes atmosféricas.
Fuente
•Proximidad al mar.
•Aumento de la humedad del aire.
•Corrientes ascendentes de aire.
•Presencia de núcleos de condensación.
•Gotas condensadas no deben de evaporarse cuando atraviesen aire más seco y de tamaño suficiente para caer por la gravedad hacia la tierra.
Causas
•Pluviómetros.
•Radar.
•Detección remota por satélite.
Métodos
de
Medición

27. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
Tipos de Precipitación:
Convectivas: Causadas por el ascenso de aire cálido mas liviano que el aire frio de los alrededores.
Orográficas: Resultan del ascenso del aire cálido hacia una cadena de montañas.
Ciclónicas o frontales: Se producen cuando hay un encuentro de nubes de diferentes temperaturas. Las
calientes son impulsadas a las partes mas altas donde precipitan.

28. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
Equipos de Medición:
Pluviómetro: Es un recipiente abierto cuyos lados son verticales, puede
ser un recipiente con goteo de 0.2 mm y cada vez que cae esta cantidad
se registra la hora del comienzo y del final, el mas utilizado es el
pluviómetro de Hellman, este es un cilindro hueco colocado
verticalmente; en su parte inferior termina en forma de embudo. Su boca
es de 200 cm2 este equipo debe ubicarse a una altura de 1.5 m del suelo.

29. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
Garita Meteorológica: Esta debe de situarse con independencia de
encontrarse en la zona baja de un valle, o en zona de pendiente acusada,
los lugares adecuados para que se ubique este tipo de equipos son en
praderas, descampados, techos, No brindan data climatológica.

30. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
Otros Métodos: Métodos del Radar y Satélites, son utilizados por las
oficinas meteorológicas del mundo con la finalidad de obtener
Información mas exacta de los fenómenos climatológicos a ocurrir y en un
menor tiempo.

31. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
Análisis de la Precipitación:
Análisis de la
precipitación
Intensidad
frecuencia
Tiempo de
duración
Valores
extremos de
precipitación
Altura y área

32. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
1.- Precipitación:
IDF: Curva de pendiente negativa, mayor intensidad de lluvia menor
duración.
𝐼 =
𝐶
𝑡𝑛
Ec. 3
Donde:
I = Intensidad de la lluvia (mm/h)
t = Duración de la tormenta (h)
C = Constante de la localidad.
n = Constantes de la localidad.

33. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Hietogramas:
Intensidad de lluvias en función del tiempo.

34. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Pluviograma: Distribución de lluvias acumuladas en función del
tiempo.

35. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Polígono de Thiessen:
Los polígonos de Thiessen son uno de los métodos de interpolación más simples,
basado en la distancia euclidiana, siendo especialmente apropiada cuando los
datos son cualitativos. Se crean al unir los puntos entre sí, trazando
las mediatrices de los segmentos de unión. Las intersecciones de estas
mediatrices determinan una serie de polígonos en un espacio
bidimensional alrededor de un conjunto de puntos de control, de manera que
el perímetro de los polígonos generados sea equidistante a los puntos vecinos y
designando su área de influencia.

36. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
2.- Evaporación:
• Evaporación es el cambio progresivo del estado líquido al estado
gaseoso.
• La evapotranspiración mezcla de la vaporización y evaporación es un
fenómeno que se da en las hojas y arboles.
• Utiliza Los evaporímetros, también conocidos como atmómetros

37. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Equipos Usados:
Tanque Clase A:
Es un deposito cilíndrico de material galvanizado con un diámetro de 120
cm y 25.4 cm de altura, Instalado sobre un enrejado de madera o metal a
unos 15 cm del suelo. El agua previamente medida, debe mantenerse en
días sucesivos entre dos señales del fondo del recipiente.

38. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
3.- Evapotranspiración:
La cantidad de agua consumida por las plantas denominado también
como uso consuntivo puede ser medido directamente en el campo o
puede ser medido indirectamente mediante modelos matemáticos
utilizando información climática como temperatura, radiación solar,
humedad relativa entre otros.

39. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Factores que influyen en la evapotranspiración:
Medio Factor Relación con la evapotranspiración
Poder evaporante de
la atmosfera
Radiación Solar + radiación = + evaporación
temperatura + temperatura = + evaporación
Humedad - Humedad = + evaporación
Presión atmosférica - Presión = + evaporación
Viento + Viento = + evaporación
Evaporación desde la
lamina de agua
Poder evaporante de la atmósfera. + poder evaporante = + evaporación
Salinidad del agua + salinidad = - evaporación
Temperatura del agua + temperatura = + evaporación
Evaporación desde un
suelo desnudo
Poder evaporante de la atmosfera. + Poder evaporante = + evaporación
Tipo de suelo Depende de la textura
Grado de humedad del suelo + Humedad = + evaporación

40. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Métodos de medición:
Método del Lisímetro:
Es una báscula sobe la cual está situada un área experimental, el cambio
de peso que realice por pérdida de agua en forma de vapor, la bascula lo
cuantifica como agua perdida.

41. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Modelo de Hargreaves:
Solo necesita datos de temperatura y radiación solar:

42. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
4.- Infiltración:
Movimiento del agua desde la superficie terrestre del suelo hacia las capas inferiores del suelo.
Infiltrabilidad del suelo: Flujo que el perfil del suelo puede absorber a través de su superficie,
cuando es mantenido en contacto con el agua a la presión atmosférica.
Infiltración acumulada: Integración en el tiempo de la velocidad de infiltración.
𝐼 = 𝐾 𝑥 𝑇 𝑥 𝑛
Donde :
I = Velocidad de Infiltración Instantánea.
T = tiempo en minutos
K = constante (t = 1)
n = Pendiente de la curva de velocidad

43. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Métodos de medición:
Infiltrómetro: método mas fácil de manejar y determina la velocidad de
infiltración en suelos en los que se establecerán métodos de riego.
Otros métodos son :
• Surcos infiltrómetros.
• Represa o poceta.

44. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.

45. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
5.- Escorrentia:
Tambien llamado escurrimiento superficial es el volumen de las
precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos las retención
superficial y la infiltración.

46. 4. Procesos y Mediciones del Ciclo Hidrológico.
Métodos de medición:
Aforo:
Se debe de aforar o medir las corrientes, estas se realizan en estaciones hidrométricas y los resultados se describen en
Hidrogramas.
El Método racional: Se usa para estimar el caudal maximo
𝑄 =
𝐶 × 𝐼 × 𝐴
360
Donde:
Q= Caudal Máximo
C = Coeficiente de escorrentía
I = Intensidad de lluvias
A = Área de cuenca

47. 5. Tipos de Agua
• Son las masas de agua que se mueven
siempre en una misma dirección ( Rios,
Manantiales, etc.)
Aguas lóticas
o corrientes
• Aguas quietas o estancadas (lagos,
lagunas, etc.)
Aguas lénticas
• También denominadas acuíferos que
son aguas que se forman por
escorrentía e infiltración .
Aguas
Subterraneas

48. 5. Tipos de Agua
Acuíferos:
Acuíferos
Por su
estructura
Libres
o de nivel
freático
Confinado o
capas
confinantes
Hidrodinámico
Acuíferos Acuitardos Acuicludos
Acuífugos
(nulos)