Ecuación del balance hídrico del ciclo hidrológico
Los avances en la ciencia de la medición, los vínculos con las ciencias atmosféricas y la teledetección requieren un enfoque diferente de la escala de representación de los procesos del suelo y se dedican secciones especiales a vincular el balance energético y el proceso de evaporación con la ciencia del clima y la teledetección. Los vínculos históricos entre la física del suelo y la ingeniería geotécnica, que fueron fuertes durante el inicio de estas dos disciplinas hermanas en la década de 1930, deben reforzarse: no se puede hablar del crecimiento de las raíces y de la actividad de las lombrices en el suelo sin comprender las propiedades mecánicas del mismo. Del mismo modo, para relacionar los espacios porosos con las propiedades de transporte es necesario comprender cómo se compactan los suelos debido a los aperos de labranza o al pastoreo del ganado. Por lo tanto, nos esforzamos por reintroducir las nociones básicas de la mecánica del suelo en la corriente principal de la física del suelo.
Aunque no somos rígidos en nuestro enfoque de presentación, tenemos en mente cuatro niveles de comprensión que guían nuestra estructura. Esperamos servir a los estudiantes interesados en cada nivel, con la salvedad de que nuestra responsabilidad en el cuarto nivel es proporcionar una base que prepare al lector para alcanzar este conocimiento por sí mismo.
Cambio en la fórmula de almacenamiento
La ley del balance hídrico establece que las entradas a cualquier sistema o área de agua son iguales a sus salidas más el cambio en el almacenamiento durante un intervalo de tiempo[1][2] En hidrología, se puede utilizar una ecuación de balance hídrico para describir el flujo de agua que entra y sale de un sistema. Un sistema puede ser uno de varios dominios hidrológicos o hídricos, como una columna de suelo, una cuenca de drenaje, una zona de riego o una ciudad. El equilibrio hídrico también puede referirse a la forma en que un organismo mantiene el agua en condiciones de sequedad o calor. A menudo se discute en referencia a las plantas o los artrópodos, que tienen una variedad de mecanismos de retención de agua, incluyendo una capa cerosa de lípidos que tiene una permeabilidad limitada.
Esta ecuación utiliza los principios de conservación de la masa en un sistema cerrado, por lo que cualquier agua que entre en un sistema (a través de la precipitación), debe ser transferida ya sea a la evaporación, la transpiración, la escorrentía superficial (que eventualmente llega al canal y sale en forma de descarga del río), o almacenada en el suelo. Esta ecuación requiere que el sistema sea cerrado, y cuando no lo es (por ejemplo, cuando la escorrentía superficial contribuye a una cuenca diferente), esto debe tenerse en cuenta.
Procesos hidrológicos
Utilizada en hidrogeología, la ecuación de flujo del agua subterránea es la relación matemática que se utiliza para describir el flujo del agua subterránea a través de un acuífero. El flujo transitorio de las aguas subterráneas se describe mediante una forma de la ecuación de difusión, similar a la utilizada en la transferencia de calor para describir el flujo de calor en un sólido (conducción de calor). El flujo estacionario de las aguas subterráneas se describe mediante una forma de la ecuación de Laplace, que es una forma de flujo potencial y tiene análogos en numerosos campos.
La ecuación de flujo de las aguas subterráneas suele derivarse para un pequeño volumen elemental representativo (REV), en el que se supone que las propiedades del medio son efectivamente constantes. Se realiza un balance de masas sobre el agua que entra y sale de este pequeño volumen, y los términos de flujo en la relación se expresan en términos de altura utilizando la ecuación constitutiva llamada ley de Darcy, que requiere que el flujo sea laminar. Otros enfoques se basan en modelos basados en agentes para incorporar el efecto de acuíferos complejos como rocas kársticas o fracturadas (por ejemplo, volcánicas) [1].
Ecuación del presupuesto del agua slideshare
Como alternativa a los modelos empíricos UH, HEC-HMS incluye un modelo conceptual de respuesta de la cuenca. Este modelo representa una cuenca hidrográfica como un canal abierto (un canal muy ancho y abierto), con un flujo de entrada al canal igual al exceso de precipitación. A continuación, resuelve las ecuaciones que simulan el flujo de aguas poco profundas en un canal abierto para calcular el hidrograma de escorrentía de la cuenca. Este modelo se denomina modelo cinemático-ondulatorio. Los detalles del modelo de onda cinemática implementado en el programa se presentan en el documento de capacitación No. 10 de HEC (USACE, 1979).Conceptos y ecuaciones básicasLa Figura 27(a) muestra una cuenca simple para la cual se debe calcular el escurrimiento para el diseño, la planificación o la regulación. Para el trazado cinemático de ondas, la cuenca y sus canales se conceptualizan como se muestra en la Figura 27(b). Esto representa la cuenca como dos superficies planas sobre las que corre el agua hasta que llega al canal. A continuación, el agua fluye por el canal hasta la salida. En una sección transversal, el sistema se asemejaría a un libro abierto, con el agua corriendo en paralelo al texto de la página (por los planos sombreados) y luego hacia el canal que sigue la encuadernación central del libro. El modelo de flujo superficial de onda cinemática representa el comportamiento del flujo superficial en las superficies planas. El modelo también puede utilizarse para simular el comportamiento del flujo en los canales de la cuenca.