El Balance Hidrológico
El balance hidrológico se basa en el principio de conservación de la masa del agua en nuestro planeta. Aunque en su totalidad incluiría toda el agua existente (océanos, ríos, aguas subterráneas, etc.), en hidrología se limita a las fases no gaseosas en una zona y periodo de tiempo determinados.
Si aislamos un sistema, las entradas de agua menos las salidas equivalen al ritmo de cambio de almacenamiento:
I – O = dS/dt
Es decir, las entradas de agua menos las salidas son iguales a la variación de almacenamiento. En una formulación discreta:
I – O = ΔS (1)
donde:
- I = entradas de agua al sistema
- O = salidas de agua del sistema
- ΔS = variación del almacenamiento
En el balance hidrológico, se consideran los siguientes elementos durante el periodo estudiado:
- P = volumen de precipitación recibida
- E = evaporación sufrida
- Q = volumen de escorrentía
- Si = reservas al inicio del periodo
- Sf = reservas al final del periodo
La ecuación (1) puede expresarse como:
P – (E + Q) = Sf – Si (2)
Aunque el balance hidrológico parece simple, cada elemento puede tener componentes difíciles de evaluar, como el volumen de agua en embalses, lagos, ríos, reservas subterráneas, hielo, nieve, agua del suelo vegetado, etc.
Si aplicamos la ecuación general cuando las reservas son mínimas, el término Sf – Si será mínimo y constante para años sucesivos. Entonces, la ecuación (2) se simplifica a:
P = E + Q
Esta es la ecuación simplificada del balance hidrológico.
La zona física considerada suele ser la cuenca hidrográfica, que no recibe aportaciones de otras áreas, tanto superficiales como subterráneas. El periodo de tiempo considerado normalmente es un año.
En España, se considera que las reservas son mínimas el 30 de septiembre. Por ello, el año hidrológico comienza el 1 de octubre y termina el 30 de septiembre.
Al valor P – Q = D se le llama déficit de escorrentía. Este déficit se puede expresar como el cociente entre la escorrentía y la precipitación total, denominándose coeficiente de escorrentía:
α = Q/P
Este coeficiente es característico de cada cuenca y se puede considerar constante para periodos largos (el valor típico en España es de 0,25).
Concepto y Composición de la Atmósfera
Concepto
La Tierra está rodeada por una capa de gases llamada atmósfera, dividida en capas concéntricas. El tiempo atmosférico se define como «cualquier estado de la atmósfera». El concepto de tiempo va asociado al de meteoro (del griego μετέωρος, elevado) o fenómeno atmosférico.
La meteorología es la ciencia que estudia la atmósfera y los meteoros, especialmente para la predicción del tiempo.
La atmósfera es una componente física del sistema climático, que incluye, en orden de importancia decreciente:
- Atmósfera
- Hidrosfera: partes líquidas de la Tierra (mares, océanos, lagos, ríos y aguas subterráneas). Los océanos concentran el 97% del agua.
- Criosfera: masas de hielo y nieve que cubren el 6% de la superficie terrestre. La cubierta de nieve es muy variable, hasta un 80% entre máximos y mínimos anuales.
- Litosfera: capa sólida de la Tierra, que influye en el clima aportando partículas en suspensión y afectando el balance de calor y humedad.
- Biosfera: plantas, animales y seres humanos, considerada recientemente por su impacto en el clima.
Composición
La atmósfera inferior se compone de nitrógeno, oxígeno, CO2, gases nobles (argón, helio, xenón, etc.) y vapor de agua. La composición química varía con la altura. La composición de la atmósfera inferior es:
- Nitrógeno: 78,08%
- Oxígeno: 20,95%
- Argón: 0,93%
- CO2: 0,03%
- Resto: 0,01%
Esta composición es casi invariable por debajo de los 16 km. La atmósfera se comporta como un gas perfecto con masa molecular 28,966 y densidad de 1,293 gr/litro.
Los gases variables, especialmente el vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono y los aerosoles, juegan un papel esencial en el tiempo:
- Vapor de agua: agente de transporte de calor y regulador térmico.
- Dióxido de carbono: producido por organismos vivos y descomposición de fósiles, compensado por la fotosíntesis y la absorción de la biosfera y los océanos.
- Ozono: se encuentra en la estratosfera, formando la capa de ozono. Se forma por la acción de la radiación ultravioleta sobre el oxígeno molecular (O2).
- Aerosoles: partículas de polvo, humo, cenizas, sales y materia orgánica, tanto de origen humano como natural, que actúan como núcleos de condensación.
La atmósfera contiene de 10 a 15 gr de vapor de agua por kilo de aire, llegando a 25 gr/kilo en zonas tropicales marítimas y casi nulo en zonas árticas. La mayor parte de la humedad (alrededor del 95%) se concentra en los primeros 6 km.