Hidrología

Ground water is water beneath Earth's surface, often pumped for drinking water.^[1] Groundwater hydrology (hydrogeology) considers quantifying groundwater flow and solute transport.^[6] Problems in describing the saturated zone include the characterization of aquifers in terms of flow direction, groundwater pressure and, by inference, groundwater depth (see: aquifer test). Measurements here can be made using a piezometer. Aquifers are also described in terms of hydraulic conductivity, storativity and transmissivity. There are a number of geophysical methods^[7] for characterizing aquifers. There are also problems in characterizing the vadose zone (unsaturated zone).^[8]

Infiltration is the process by which water enters the soil. Some of the water is absorbed, and the rest percolates down to the water table. The infiltration capacity, the maximum rate at which the soil can absorb water, depends on several factors. The layer that is already saturated provides a resistance that is proportional to its thickness, while that plus the depth of water above the soil provides the driving force (hydraulic head). Dry soil can allow rapid infiltration by capillary action; this force diminishes as the soil becomes wet. Compaction reduces the porosity and the pore sizes. Surface cover increases capacity by retarding runoff, reducing compaction and other processes. Higher temperatures reduce viscosity, increasing infiltration.^{[9]:250–275}

Soil moisture can be measured in various ways; by capacitance probe, time domain reflectometer or tensiometer. Other methods include solute sampling and geophysical methods.^[10]

Hydrology considers quantifying surface water flow and solute transport, although the treatment of flows in large rivers is sometimes considered as a distinct topic of hydraulics or hydrodynamics. Surface water flow can include flow both in recognizable river channels and otherwise. Methods for measuring flow once the water has reached a river include the stream gauge (see: discharge), and tracer techniques. Other topics include chemical transport as part of surface water, sediment transport and erosion.

One of the important areas of hydrology is the interchange between rivers and aquifers. Groundwater/surface water interactions in streams and aquifers can be complex and the direction of net water flux (into surface water or into the aquifer) may vary spatially along a stream channel and over time at any particular location, depending on the relationship between stream stage and groundwater levels.

En algunos casos, se considera que la hidrología comienza en el límite tierra-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 diversas maneras: disdrómetro para las características de la precipitación a una escala temporal fina; radar para las propiedades de las nubes, estimación de la intensidad de la lluvia, detección de granizo y nieve; pluviómetro para mediciones rutinarias y precisas de lluvia y nieve; satélite para la identificación de áreas lluviosas, estimación de la intensidad de la lluvia, cobertura/uso del suelo y humedad del suelo, capa de nieve o equivalente de 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 bruma y la niebla. La hidrología considera la evaporación en sus diversas formas: desde superficies de agua; como transpiración de superficies vegetales en ecosistemas naturales y agronómicos. La medición directa de la evaporación se puede obtener utilizando el evaporador de Simon .

Los estudios detallados de la evaporación incluyen consideraciones sobre la capa límite, así como sobre el momento, el flujo de calor y los balances energéticos.

La teledetección de procesos hidrológicos puede proporcionar información en lugares donde los sensores in situ pueden ser inaccesibles o escasos. También permite 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 utilizando teledetección con diversas resoluciones y precisiones espacio-temporales. ^{[ 13 ]} Las fuentes de teledetección incluyen sensores terrestres, sensores aerotransportados y sensores satelitales que pueden capturar datos de microondas , térmicos e infrarrojos cercanos o utilizar lidar , por ejemplo.

En hidrología, los estudios de calidad del agua abarcan compuestos orgánicos e inorgánicos, así como materia disuelta y sedimentaria. Además, la calidad del agua se ve afectada por la interacción del oxígeno disuelto con la materia orgánica y diversas transformaciones químicas que pueden tener lugar. Las mediciones de la calidad del agua pueden incluir métodos in situ, en los que los análisis se realizan en el sitio, a menudo de forma automática, y análisis de laboratorio, que pueden incluir análisis microbiológicos .

• Análisis presupuestarios
• Estimación de parámetros
• Escalamiento en el tiempo y el 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 sin Datos de Medición" (PUB, por sus siglas en inglés), 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 diversas partes del ciclo hidrológico. ^{[ 16 ]} Al analizar las propiedades estadísticas de los registros hidrológicos, como la precipitación o el caudal de los ríos, los hidrólogos pueden estimar futuros fenómenos hidrológicos. Al evaluar la frecuencia de eventos relativamente raros, los análisis se realizan en términos del período de retorno de dichos eventos. Otras cantidades de interés incluyen el caudal promedio de un río, en un año o por temporada.

Estas estimaciones son importantes para ingenieros y economistas, ya que permiten realizar un análisis de riesgos adecuado para influir en las decisiones de inversión en infraestructura futura y determinar las características de fiabilidad del rendimiento de los sistemas de suministro de agua. La información estadística se utiliza para formular reglas de operación 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 entrada determinada (por ejemplo, la precipitación) con la salida del modelo (por ejemplo, la escorrentía ). Las técnicas más comunes son la regresión , las funciones de transferencia y la identificación de sistemas . Los modelos más sencillos pueden ser lineales, pero es frecuente emplear 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 ello es el comportamiento conocido de que una cuenca responde 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, incluyen representaciones de la escorrentía superficial , el flujo subsuperficial , la evapotranspiración y el flujo en canales , aunque pueden ser mucho más complejos. Dentro de esta categoría, los modelos se dividen 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 parte posible de la física de un sistema. Estos modelos se subdividen en modelos de evento único y modelos de simulación continua.

Las investigaciones recientes en modelización hidrológica buscan adoptar un enfoque más global para comprender el comportamiento de los sistemas hidrológicos, con el fin de realizar mejores predicciones y afrontar los principales retos de la gestión de los recursos hídricos.

El movimiento del agua es un medio importante por el cual otros materiales, como suelo, grava, rocas o contaminantes, se transportan de un lugar a otro. El aporte inicial a las aguas receptoras puede provenir de una descarga puntual , una fuente lineal o una fuente 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 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 Zúrich, 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 de Peligros Naturales y Desastres 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 ]}
• Unión Geofísica Americana (AGU) – Sección de Hidrología ^{[ 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 (IAHS) ^{[ 39 ] [ 40 ]}
• Grupo de trabajo de 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 Aguas Conectadas, Universidad de Nueva Gales del Sur ^{[ 49 ]} – Investigación y sensibilización sobre los problemas relacionados con las aguas subterráneas y los recursos hídricos en Australia.
• Iniciativa de la Cuenca Murray-Darling , Departamento de Medio Ambiente y Patrimonio, Australia ^{[ 50 ]}