Hidrología

El agua subterránea es el agua que se encuentra bajo la superficie terrestre, a menudo bombeada para consumo humano. ^{[ 1 ]} La hidrología de aguas subterráneas ( hidrogeología ) considera la cuantificación del flujo de agua subterránea y el transporte de solutos. ^{[ 6 ]} Los problemas en la descripción de la zona saturada incluyen la caracterización de los acuíferos en términos de dirección de flujo, presión del agua subterránea y, por inferencia, profundidad del agua subterránea (véase: prueba de acuífero ). Las mediciones aquí se pueden realizar utilizando un piezómetro . Los acuíferos también se describen en términos de conductividad hidráulica, capacidad de almacenamiento y transmisividad. Existen varios métodos geofísicos ^{[ 7 ]} para caracterizar los acuíferos. También existen problemas en la caracterización de la zona vadosa (zona no saturada). ^{[ 8 ]}

La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo. Parte del agua se absorbe y el resto se filtra hasta el nivel freático . La capacidad de infiltración, la tasa máxima a la que el suelo puede absorber agua, depende de varios factores. La capa ya saturada ofrece una resistencia proporcional a su espesor, mientras que esta, junto con la profundidad del agua sobre el suelo, proporciona la fuerza impulsora ( carga hidráulica ). Un suelo seco permite una rápida infiltración por capilaridad ; esta fuerza disminuye a medida que el suelo se humedece. La compactación reduce la porosidad y el tamaño de los poros. La cobertura vegetal aumenta la capacidad al retardar la escorrentía, reduciendo la compactación y otros procesos. Las temperaturas más altas reducen la viscosidad , aumentando la infiltración. ^{[ 9 ] : 250–275}

La humedad del suelo se puede medir de varias maneras; mediante sonda de capacitancia , reflectómetro de dominio temporal o tensiómetro . Otros métodos incluyen el muestreo de solutos y métodos geofísicos. ^{[ 10 ]}

La hidrología se ocupa de cuantificar el flujo de agua superficial y el transporte de solutos, aunque el estudio de los flujos en grandes ríos a veces se considera un tema independiente de la hidráulica o la hidrodinámica. El flujo de agua superficial puede incluir tanto el flujo en cauces fluviales reconocibles como el que se produce fuera de ellos. Los métodos para medir el flujo una vez que el agua ha llegado a un río incluyen el aforador (véase: caudal ) y las técnicas de trazadores. Otros temas incluyen el transporte químico como parte del agua superficial, el transporte de sedimentos y la erosión.

Una de las áreas importantes de la hidrología es el intercambio entre ríos y acuíferos. Las interacciones entre aguas subterráneas y superficiales en arroyos y acuíferos pueden ser complejas, y la dirección del flujo neto de agua (hacia las aguas superficiales o hacia el acuífero) puede variar espacialmente a lo largo del cauce de un arroyo y con el tiempo en cualquier lugar determinado, dependiendo de la relación entre el nivel del arroyo y los niveles de agua subterránea.

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 ]}