GUIDE
YDROLOGICAL PRACTICES
WMO-No. 168 OMM–N° 168
ADQUISICIÓN Y PROCESO DE DATOS, ANÁLISIS, PREDICCIÓN Y OTRAS APLICACIONES
GUÍA
DE PRÁCTICAS HIDROLÓGICAS
Bienvenido
OMM–Nº 168
ADQUISICIÓN Y PROCESO DE DATOS, ANÁLISIS, PREDICCIÓN Y OTRAS APLICACIONES
GUÍA
DE PRÁCTICAS HIDROLÓGICAS
Q u i n t a e d i c i ó n
1 9 9 4
ISBN 92-63-30168-9
NOTA
Las denominaciones empleadas en esta publicación y la forma en que apare- cen presentados los datos que contiene no implican, de parte de la Secretaría de la Organización Meteorológica Mundial, juicio alguno sobre la condición jurídica de ninguno de los países, territorios, ciudades o zonas citados o de sus autoridades, ni respecto de la demarcación de sus fronteras o límites.
Página
Prefacio . . . xxxi
PARTE A — GENERALIDADES CAPÍTULO 1 — INTRODUCCIÓN A LA GUÍA. . . 1
1.1 Alcance de la Guía . . . 1
1.2 Plan y contenido de la Guía . . . 1
1.3 Referencias cruzadas entre la Guía y el Manual de Referencia del HOMS . . . . 3
CAPÍTULO 2 — ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA . . . . 5
2.1 Generalidades . . . 5
2.1.1 Objetivos y alcances de las actividades relacionadas con el agua . . . 6
2.1.2 Organización del programa . . . 9
2.1.3 Aplicación del programa . . . 10
2.1.4 Desarrollo de los recursos humanos . . . 11
2.1.5 Cooperación Técnica . . . 11
2.2 Bases de datos internacionales . . . 12
2.2.1 Servicio de referencias e información sobre datos hidrológicos (INFOHYDRO) . . . 12
2.2.2 Centro Mundial de Datos de Escorrentía (CMDE) . . . 13
2.2.3 Servicio mundial de referencias e información sobre datos climáticos (INFOCLIMA) . . . 14
2.3 Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS). . . 15
2.3.1 Estructura del HOMS . . . 15
2.3.2 Organización y funcionamiento del HOMS . . . 15
2.4 Formación en hidrología . . . 20
Referencias . . . 23
CAPÍTULO 3 — SERVICIOS HIDRÓLOGICOS . . . 25
3.1 Funciones de los Servicios Hidrológicos . . . 25
3.1.1 Usos de la información hidrológica . . . 25
3.1.2 Funciones y responsabilidades de un Servicio Hidrológico . . . 26
3.1.3 Tipos de datos requeridos . . . 29
3.1.4 Predicción de fenómenos extremos en tiempo real . . . 30
3.2 Organización de los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos . . . 31
Referencias . . . 33
CAPÍTULO 4 — NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS . . . 35
4.1 Unidades y símbolos . . . 35
4.2 Prácticas y procedimientos recomendados . . . 35
4.3 Exactitud de las mediciones hidrológicas . . . 50
4.3.1 Principios básicos . . . 50
4.3.2 Definiciones de los términos relacionados con la exactitud . . . 51
4.3.3 Tipos de error . . . 54
4.3.4 Fuentes de errores . . . 55
4.3.5 Errores de medición secundarios . . . 56
4.3.6 Caracterización de los instrumentos y métodos de observación . . . 57
4.3.7 Exactitud recomendada en las mediciones hidrológicas . . . 58
4.4 Claves hidrológicas . . . 59
4.4.1 Generalidades . . . 59
4.4.2 Claves . . . 59
4.4.3 Identificación de estaciones de observación hidrológica . . . 60
4.4.4 Claves BUFR y GRIB . . . 60
Referencias . . . 60
CAPÍTULO 5 — ORGANIZACIONES INTERNACIONALES QUE REALIZAN ACTIVIDADES EN MATERIA DE HIDROLOGÍA Y RECURSOS HÍDRICOS . . . 63
5.1 Generalidades . . . 63
5.2 Organizaciones Intergubernamentales (OIG) . . . 63
5.3 Naturaleza y coordinación de las actividades de las organizaciones de las Naciones Unidas en el desarrollo de los recursos hídricos . . . 63
5.4 Organización de la cooperación en el sistema de las Naciones Unidas a nivel mundial, regional y sectorial . . . 76
5.5 Organizaciones No Gubernamentales (ONG) . . . 76
5.6 Cooperación institucional en cuencas fluviales y lacustres internacionales . . . 86
Referencias . . . 86
PARTE B — INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN Y DE ESTIMACIÓN CAPÍTULO 6 — RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN 87 6.1 El ciclo hidrológico como materia de observación . . . 87
6.2 Técnicas emergentes . . . 90 Página
6.2.1 Teledetección . . . 90
6.2.2 Microelectrónica . . . 90
6.2.3 Microprocesadores . . . 91
6.2.4 Registradores automáticos de varios parámetros . . . 92
Referencias . . . 94
CAPÍTULO 7 — MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES . . . 95
7.1 Condiciones generales . . . 95
7.2 Emplazamiento del pluviómetro . . . 95
7.3 Pluviómetros no registradores . . . 98
7.3.1 Generalidades . . . 98
7.3.2 Pluviómetros normalizados . . . 98
7.3.3 Pluviómetros totalizadores . . . 99
7.3.4 Métodos de medición . . . 99
7.3.5 Error y exactitud de las lecturas . . . 100
7.3.6 Corrección de errores sistemáticos . . . 101
7.4 Aparatos registradores . . . 105
7.4.1 Pluviógrafo de pesada . . . 105
7.4.2 Pluviógrafo de flotador . . . 107
7.4.3 Pluviógrafo de cangilones . . . 108
7.4.4 Registradores de intensidad de las lluvias . . . 109
7.4.5 Métodos de registro . . . 109
7.5 Nevadas . . . 109
7.5.1 Espesor de la nevada . . . 109
7.5.2 Equivalente de una nevada en agua . . . 110
7.6 Medición de la precipitación por radar . . . 111
7.6.1 Uso del radar en hidrología . . . 111
7.6.2 Ecuación radar – precipitaciones . . . 111
7.6.3 Factores que afectan a las mediciones . . . 112
7.6.3.1 Tipo de precipitaciones . . . 112
7.6.3.2 Anchura del haz . . . 112
7.6.3.3 Refracción del haz . . . 113
7.6.3.4 Atenuación atmosférica . . . 113
7.6.3.5 Atenuación por la distancia . . . 114
7.6.4 Métodos y procedimientos . . . 114
7.6.4.1 Métodos fotográficos . . . 114
7.6.4.2 Técnicas manuales . . . 115
7.6.4.3 Técnicas automáticas . . . 116
7.6.5 Radar Doppler . . . 116
7.7 Observaciones por satélite . . . 117
7.8 Rocío . . . 118 Página
7.9 Muestreos para controlar la calidad de las precipitaciones . . . 119
7.9.1 Colectores de muestras . . . 120
7.9.1.1 Colectores de lluvia . . . 120
7.9.1.2 Colectores de nieve . . . 120
7.9.1.3 Recolección de deposición seca . . . 121
Referencias . . . 121
CAPÍTULO 8 — CAPA DE NIEVE . . . 123
8.1 Generalidades . . . 123
8.2 Rutas nivométricas . . . 123
8.2.1 Puntos de medición . . . 124
8.2.2 Equipo extractor de muestras de nieve . . . 125
8.2.3 Procedimientos para tomar muestras de nieve . . . 127
8.2.4 Exactitud de las mediciones . . . 128
8.3 Profundidad y extensión de la capa de nieve . . . 128
8.3.1 Mediciones con estacas graduadas para medir la nieve . . . 128
8.3.2 Medición con un muestreador de nieve . . . 129
8.3.3 Medición por métodos fotogramétricos . . . 129
8.4 Nivómetros de isótopos radiactivos . . . 130
8.4.1 Nivómetros de isótopos radiactivos verticales . . . 130
8.4.2 Nivómetros de isótopos radiactivos horizontales . . . 131
8.5 Almohadas de nieve . . . 131
8.6 Radiación gamma natural . . . 132
8.6.1 Medición aérea de la capa de nieve . . . 132
8.6.2 Medición sobre el terreno . . . 133
8.7 Medición del equivalente en agua de la nieve utilizando la radiación cósmica . . . 134
Referencias . . . 134
CAPÍTULO 9 — EVAPORACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN . . . . 135
9.1 Generalidades . . . 135
9.2 Tanque de evaporación . . . 135
9.3 Evaporímetros y lisímetros . . . 137
9.4 Evaporación de la nieve . . . 138
9.5 Métodos indirectos . . . 139
9.5.1 Generalidades . . . 139
9.5.2 Radiación solar . . . 139
9.5.3 Radiación de onda larga . . . 139
9.5.4 Temperatura del aire . . . 140
9.5.5 Temperatura de la superficie del agua . . . 140
9.5.6 Humedad o presión de vapor del aire . . . 141
9.5.7 Viento . . . 142 Página
9.5.8 Dispositivos de integración . . . 142
Referencias . . . 142
CAPÍTULO 10 — NIVELES DE RÍOS, LAGOS Y EMBALSES . . . 143
10.1 Generalidades . . . 143
10.2 Instrumentos para medir el nivel . . . 143
10.2.1 Limnímetros . . . 143
10.2.2 Limnígrafos . . . 144
10.3 Procedimientos para medir el nivel . . . 145
10.3.1 Establecimiento del cero del limnímetro . . . 145
10.3.2 Limnígrafos . . . 145
10.3.3 Funcionamiento de los limnígrafos en invierno . . . 145
10.4 Frecuencia de las mediciones del nivel . . . 146
Referencias . . . 146
CAPÍTULO 11 — MEDICIONES DEL CAUDAL . . . . 147
11.1 Generalidades . . . 147
11.2 Medición con molinete hidrométrico . . . 147
11.2.1 Selección del sitio . . . 148
11.2.2 Medición de la sección transversal . . . 148
11.2.3 Medición de la velocidad . . . 150
11.2.3.1 Instrumentos para la medición de la velocidad . . . 150
11.2.3.2 Medición de la velocidad usando el molinete . . . 150
11.2.3.3 Determinación de la velocidad media en la vertical . . . 151
11.2.4 Cálculo del caudal . . . 153
11.2.5 Medición del caudal bajo una capa de hielo . . . 154
11.2.5.1 Selección del sitio . . . 154
11.2.5.2 Equipo . . . 154
11.2.5.3 Medición del caudal . . . 155
11.2.5.4 Cálculo del caudal . . . 156
11.2.6 Exactitud . . . 156
11.3 Medición del caudal por el método del flotador . . . 156
11.3.1 Selección de secciones . . . 156
11.3.2 Flotadores . . . 157
11.3.3 Procedimientos de medición . . . 157
11.3.4 Cálculo de la velocidad . . . 157
11.3.5 Cálculo del caudal . . . 158
11.4 Medición del caudal por el método de dilución . . . 158
11.4.1 Condiciones generales . . . 158
11.4.2 Selección del sitio . . . 159
11.4.3 Trazadores y equipo de detección . . . 159
11.4.4 Cálculo del caudal . . . 160 Página
11.5 Medición del nivel correspondiente . . . 161
11.6 Cálculo del caudal por métodos indirectos . . . 161
11.6.1 Generalidades . . . 161
11.6.2 Inspección sobre el terreno . . . 162
11.6.3 Medición por la pendiente del caudal . . . 162
11.6.4 Medición del caudal a través de alcantarillas . . . 162
11.6.5 Medición del caudal por contracción del ancho de la corriente . . . 162
11.6.6 Medición del caudal sobre presas y terraplenes de autopistas . . . 163
11.7 Medición del caudal en condiciones difíciles . . . 163
11.7.1 Cauces inestables . . . 163
11.7.2 Ríos de montaña . . . 164
11.7.3 Medición de caudales inestables . . . 165
11.7.3.1 Medición del caudal durante las crecidas . . . 165
11.7.3.2 Medición del caudal en tramos con mareas . . . 166
11.7.4 Crecimiento de la maleza en el lecho del río . . . 169
11.8 Métodos no tradicionales de medición del caudal . . . 169
11.8.1 Generalidades . . . 169
11.8.2 Método del bote móvil . . . 170
11.8.3 Método ultrasónico (acústico) . . . 170
11.8.4 Método electromagnético . . . 171
Referencias . . . 173
CAPÍTULO 12 — ESTACIONES DE AFORO DE CAUDALES . . . 175
12.1 Objetivo de las estaciones de aforo de caudales . . . 175
12.2 Selección del sitio . . . 175
12.3 Controles de la relación nivel-caudal . . . 176
12.4 Estructuras de medición . . . 177
12.4.1 Campo de aplicación . . . 177
12.4.2 Selección de la estructura . . . 178
12.4.3 Medición del nivel del agua . . . 178
12.4.4 Funcionamiento de las estructuras de medición . . . 179
12.5 Relación nivel-caudal . . . 179
12.5.1 Estabilidad de la relación nivel-caudal . . . 179
12.5.2 Frecuencia en la medición del caudal . . . 181
Referencias . . . 181
CAPÍTULO 13 — CAUDAL DE SEDIMENTOS . . . 183
13.1 Generalidades . . . 183
13.2 Selección del sitio . . . 183
13.3 Medición del caudal de sedimentos en suspensión . . . 183 Página
13.3.1 Muestreadores y aforadores in situ . . . 183
13.3.2 Métodos de medición . . . 184
13.3.3 Determinación de la concentración de sedimentos . . . 185
13.3.4 Cálculo del caudal de sedimentos en suspensión . . . 186
13.3.5 Registro continuo del caudal de sedimentos en suspensión . . . 186
13.4 Medición del caudal de arrastre de fondo . . . 187
13.4.1 Instrumentos . . . 187
13.4.2 Método de medición . . . 188
13.4.3 Cálculo del caudal de material de fondo . . . 189
13.4.4 Registro continuo del caudal de arrastre . . . 190
Referencias . . . 190
CAPÍTULO 14 — HIELO EN RÍOS, LAGOS Y EMBALSES . . . 191
14.1 Generalidades . . . 191
14.2 Elementos del régimen de hielos . . . 191
14.3 Métodos de observación . . . 191
14.4 Época y frecuencia de las observaciones . . . 192
14.5 Exactitud . . . 192
Referencias . . . 193
CAPÍTULO 15 — MEDICIÓN DE LA HUMEDAD DEL SUELO . . . 195
15.1 Generalidades . . . 195
15.2 Método gravimétrico . . . 195
15.2.1 Recolección de muestras . . . 196
15.2.2 Descripción de los instrumentos de muestreo . . . 197
15.2.2.1 Barreno . . . 197
15.2.2.2 Tubo sacamuestras o portatestigos . . . 197
15.2.3 Procedimiento de laboratorio . . . 198
15.3 Método de resistencia eléctrica . . . 198
15.4 Método neutrónico . . . 199
15.4.1 Instrumentos . . . 199
15.4.2 Tubos de acceso . . . 199
15.4.3 Calibración . . . 200
15.4.4 Mediciones y exactitud . . . 200
15.5 Atenuación de rayos gamma . . . 201
15.6 Métodos dieléctricos . . . 201
15.6.1 Reflectometría en el dominio temporal . . . 202
15.6.2 Método de capacitancia . . . 203
15.7 Teledetección . . . 203
15.8 Método tensiométrico . . . 204
Referencias . . . 206 Página
CAPÍTULO 16 — AGUAS SUBTERRÁNEAS . . . . 207
16.1 Generalidades . . . 207
16.2 Instalación de pozos de observación . . . 208
16.3 Prueba de pozos de observación . . . 214
16.4 Sellado y relleno de pozos abandonados . . . 216
16.5 Instrumentos y métodos de observación . . . 217
16.5.1 Instrumentos manuales . . . 217
16.5.2 Instrumentos automáticos . . . 219
16.5.3 Extractores de muestras para pozos que no se bombean . . . 223
16.5.4 Sensores de salinidad y temperatura . . . 223
16.6 Control de la calidad de las aguas subterráneas . . . 224
Referencias . . . 225
CAPÍTULO 17 — CALIDAD DEL AGUA . . . 227
17.1 Generalidades . . . 227
17.2 Métodos de muestreo . . . 227
17.2.1 Tipos de muestras . . . 227
17.2.1.1 Muestras tomadas al azar . . . 227
17.2.1.2 Muestras compuestas . . . 228
17.2.2 Recolección de una muestra representativa . . . 228
17.2.3 Técnicas y equipos de muestreo sobre el terreno . . . 228
17.2.3.1 Muestreadores de gancho . . . 228
17.2.3.2 Muestreadores de oxígeno disuelto . . . 232
17.2.3.3 Muestreadores automáticos . . . 232
17.2.3.4 Procedimientos de muestreo según la ubicación de la estación y la temporada . . . 233
17.3 Preparación de los trabajos sobre el terreno . . . 234
17.3.1 Preparación general . . . 234
17.3.2 Selección de los volúmenes de las muestras . . . 234
17.3.3 Lista de control previa al trabajo sobre el terreno . . . 234
17.4 Procedimientos de conservación y filtración sobre el terreno . . . 235
17.4.1 Filtración . . . 235
17.4.2 Técnicas de conservación . . . 236
17.4.2.1 Contenedores . . . 236
17.4.2.2 Adición de conservantes químicos . . . 237
17.4.2.3 Congelación . . . 237
17.4.2.4 Refrigeración . . . 237
17.4.2.5 Aspectos prácticos de la conservación . . . 237
17.5 Mediciones sobre el terreno . . . 238
17.5.1 Control automático . . . 238
17.5.2 Parámetros medidos sobre el terreno . . . 238
17.5.2.1 Medición del pH . . . 238 Página
17.5.2.2 Medición de la conductividad . . . 240
17.5.2.3 Medición del oxígeno disuelto . . . 240
17.5.2.4 Medición de la temperatura . . . 242
17.5.2.5 Medición de la turbiedad . . . 242
17.5.2.6 Medición del color . . . 243
17.5.2.7 Medición de la transparencia . . . 243
17.5.2.8 Resumen general de los procedimientos sobre el terreno . . . 244
17.6 Medición de la radioactividad . . . 244
17.6.1 Fuentes de radioactividad del agua . . . 244
17.6.2 Recolección y conservación de muestras . . . 245
17.7 Muestreo para análisis biológicos . . . 245
17.7.1 Análisis microbiológico . . . 245
17.7.2 Organismos multicelulares . . . 248
17.8 Demanda bioquímica de oxígeno . . . 250
17.8.1 Métodos de medición . . . 250
17.8.2 Exactitud . . . 251
Referencias . . . 252
CAPÍTULO 18 — CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD . . . 253
18.1 Generalidades . . . 253
18.2 Seguridad en estaciones registradoras . . . 253
18.2.1 Acceso . . . 253
18.2.2 Plataformas . . . 253
18.2.3 Pozos . . . 253
18.3 Precauciones cuando se trabaja desde puentes . . . 254
18.3.1 Riesgos debidos al tráfico de vehículos . . . 254
18.3.2 Riesgos debidos al equipo suspendido . . . 254
18.4 Precauciones durante el vadeo . . . 255
18.4.1 Generalidades . . . 255
18.4.2 Evaluación de la situación . . . 255
18.4.3 Uso de chalecos salvavidas . . . 255
18.4.4 Líneas de seguridad y líneas indicadoras . . . 255
18.4.5 Técnica de vadeo . . . 255
18.4.6 En caso de accidente . . . 256
18.4.7 Responsabilidad . . . 256
18.5 Precauciones cuando se trabaja desde embarcaciones . . . 256
18.5.1 Generalidades . . . 256
18.5.2 Chalecos salvavidas y equipo de seguridad . . . 256
18.5.3 Uso de cables de maniobra . . . 257
18.5.4 Uso de botes neumáticos . . . 257
18.6 Precauciones cuando se utiliza un teleférico . . . 258
18.7 Precauciones cuando se manejan equipos . . . 258 Página
18.7.1 Inspección . . . 258
18.7.2 Sierra de cadenas . . . 258
18.7.3 Equipo eléctrico . . . 259
18.7.4 Herramientas mecánicas . . . 259
18.7.5 Ropa protectora y equipo de seguridad . . . 259
18.7.6 Productos radioactivos . . . 259
18.7.7 Precauciones en el monitoreo de aguas subterráneas . . . 260
18.8 Precauciones cuando se manejan productos químicos . . . 260
18.9 Precauciones especiales en condiciones de mucho frío . . . 261
18.9.1 Hipotermia (exposición) . . . 261
18.9.2 Congelación . . . 262
18.9.3 Trabajo sobre lagos y cursos de agua cubiertos de hielo . . . 262
18.9.4 Trabajo en zonas montañosas . . . 263
18.9.5 Supervivencia en aguas heladas . . . 263
18.10 Precauciones especiales en condiciones de mucho calor . . . 264
18.10.1 Insolación (hipotermia) . . . 264
18.10.2 Quemaduras de sol . . . 264
18.11 Viaje y transporte . . . 264
18.11.1 Generalidades . . . 264
18.11.2 Helicópteros . . . 265
18.11.3 Vehículos de motor . . . 265
18.12 Caja de herramientas y raciones de supervivencia . . . 265
18.13 Otros riesgos . . . 266
Referencias . . . 266
PARTE C — RECOLECCIÓN, PROCESO Y DIFUSIÓN DE DATOS HIDROLÓGICOS CAPÍTULO 19 — PAPEL DE LOS DATOS HIDROLÓGICOS EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN . . . 267
19.1 Sistemas de información . . . 267
19.2 Técnica informática . . . 269
19.3 Personal y formación profesional . . . 270
Referencias . . . 271
CAPÍTULO 20 — DISEÑO Y EVALUACIÓN DE REDES HIDROLÓGICAS. . . 273
20.1 Conceptos generales sobre el diseño de redes . . . 273
20.1.1 Definición de diseño de red . . . 274
20.1.2 Métodos de substitución . . . 276
20.1.3 La red básica . . . 276
20.1.3.1 La red mínima . . . 277 Página
20.1.3.2 Expansión de la base de información . . . 277
20.1.4 Diseño de redes integradas . . . 278
20.1.4.1 Estaciones para fines operativos . . . 279
20.1.4.2 Estaciones de referencia . . . 280
20.1.4.3 Cuencas representativas . . . 280
20.1.5 Análisis de una red . . . 280
20.2 Densidad de estaciones para una red mínima . . . 282
20.2.1 Densidades mínimas para estaciones climatológicas . . . 284
20.2.1.1 Estaciones pluviométricas . . . 284
20.2.1.2 Estudio nivométrico . . . 286
20.2.1.3 Estaciones de evaporación . . . 286
20.2.2 Densidades mínimas para estaciones hidrométricas . . . 287
20.2.2.1 Estaciones de flujo fluvial . . . 287
20.2.2.2 Nivel de ríos . . . 289
20.2.2.3 Nivel de lagos y embalses . . . 289
20.2.2.4 Caudal de sedimentos y sedimentación . . . 289
20.2.2.5 Estaciones de medición de la calidad del agua . . . 290
20.2.2.6 Temperatura del agua . . . 291
20.2.2.7 Capa de hielo en ríos y lagos . . . 291
20.3 Observaciones del agua subterránea . . . 292
20.4 Requisitos específicos para controlar la calidad del agua . . . 294
20.4.1 Parámetros de calidad del agua . . . 294
20.4.2 Calidad del agua superficial . . . 296
20.4.3 Calidad de las precipitaciones . . . 300
20.4.4 Calidad de los sedimentos . . . 301
20.4.5 Calidad del agua subterránea . . . 303
Referencias . . . 303
CAPÍTULO 21 — RECOLECCIÓN DE DATOS . . . 305
21.1 Selección del sitio . . . 305
21.2 Identificación de la estación . . . 305
21.2.1 Identificación de los sitios de recolección de datos . . . 305
21.2.2 Información descriptiva . . . 309
21.2.2.1 Descripción de una estación . . . 309
21.2.2.2 Croquis detallado de la ubicación de la estación . . . 312
21.2.2.3 Mapa . . . 312
21.2.2.4 Coordenadas . . . 313
21.2.2.5 Descripción narrativa . . . 314
21.3 Frecuencia y programa de visitas a una estación . . . 314
21.3.1 Estaciones manuales . . . 314
21.3.2 Estaciones registradoras . . . 315
21.4 Mantenimiento de los sitios de recolección de datos . . . 316 Página
21.5 Observaciones . . . 317
21.5.1 Estaciones manuales . . . 317
21.5.2 Estaciones registradoras . . . 319
21.5.3 Informes en tiempo real . . . 320
21.5.4 Instrucciones adicionales para los observadores . . . 320
21.6 Sistemas de transmisión . . . 321
21.6.1 Generalidades . . . 321
21.6.2 Líneas de transmisión . . . 322
21.6.3 Criterios de selección de los sistemas de transmisión . . . 323
21.7 Control de la calidad del agua . . . 324
21.7.1 Identificación de la estación . . . 324
21.7.2 Hojas de terreno para el monitoreo de la calidad del agua . . . 324
21.7.3 Transporte de las muestras . . . 324
21.7.4 Verificación de calidad in situde los datos sobre la calidad del agua . . . 325
21.8 Recolección de datos especiales . . . 328
21.8.1 Requerimientos . . . 328
21.8.2 Estudio de chubascos por medio de diversos recipientes . . . 328
21.8.3 Datos suministrados por radares meteorológicos y por satélites . . . 328
21.8.4 Niveles y caudales extremos . . . 329
Referencias . . . 329
CAPÍTULO 22 — CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN . . . 331
22.1 Control de calidad y detección de errores . . . 331
22.1.1 Inspección de las estaciones . . . 331
22.1.2 Control preliminar de los datos . . . 332
22.1.3 Detección del error . . . 333
22.1.4 Resultados del control de calidad . . . 335
22.2 Procedimientos de validación . . . 335
22.2.1 Procedimientos generales . . . 336
22.2.2 Técnicas combinadas . . . 337
22.2.3 Procedimientos específicos de validación . . . 339
22.2.3.1 Datos climatológicos . . . 341
22.2.3.2 Datos de precipitación . . . 342
22.2.3.3 Datos de hielo y nieve . . . 342
22.2.3.4 Datos de niveles del agua . . . 343
22.2.3.5 Datos de aforos de río . . . 344
22.2.3.6 Datos de calidad del agua . . . 345
22.2.3.7 Datos de sedimentos . . . 347
22.2.4 Datos faltantes . . . 347
22.3 Codificación de datos . . . 347
22.3.1 Códigos de ubicación . . . 350
22.3.2 Códigos para las variables (parámetros) . . . 350 Página
22.3.3 Códigos de calificación de datos . . . 351
22.3.4 Códigos de datos faltantes . . . 351
22.3.5 Códigos de transmisión . . . 357
Referencias . . . 357
CAPÍTULO 23 — PROCESO PRIMARIO DE DATOS . . . 359
23.1 Generalidades . . . 359
23.2 Entrada de datos . . . 360
23.2.1 Uso del teclado . . . 360
23.2.2 Proceso de gráficos . . . 363
23.2.3 Estaciones manuales que utilizan la telemetría . . . 364
23.2.4 Estaciones automatizadas . . . 365
23.2.4.1 Banda de papel y registradores de cassette . . . 366
23.2.4.2 Memorias de estado sólido . . . 368
23.3 Procedimientos de proceso . . . 368
23.3.1 Procedimientos generales del proceso primario . . . 368
23.3.2 Procedimientos específicos del proceso primario . . . 372
23.3.2.1 Datos climatológicos . . . 372
23.3.2.2 Observaciones de la evaporación y de la evapotranspiración . . . 373
23.3.2.3 Datos de precipitación . . . 373
23.3.2.4 Datos de caudales . . . 374
23.3.2.5 Datos sobre la calidad del agua . . . 378
Referencias . . . 380
CAPÍTULO 24 — ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE DATOS . . . 381
24.1 Almacenamiento de datos originales . . . 381
24.2 Gestión y almacenamiento de datos procesados . . . 381
24.2.1 Generalidades . . . 381
24.2.2 Control del flujo de datos . . . 383
24.2.3 Procedimientos de actualización . . . 383
24.2.4 Compresión y exactitud . . . 385
24.2.5 Organización de los archivos físicos . . . 387
24.2.6 Organización de los archivos lógicos . . . 388
24.2.7 Extracción de datos de una sola variable . . . 390
24.2.8 Almacenamiento de datos en línea y fuera de línea . . . 391
24.3 Recuperación de datos . . . 393
Referencias . . . 396
CAPÍTULO 25 — DIFUSIÓN DE DATOS . . . 397
25.1 Generalidades . . . 397
25.2 Catálogos de información . . . 398 Página
25.3 Informes de resumen . . . 400
25.4 Publicación de los datos . . . 403
25.4.1 Objetivo . . . 403
25.4.2 Frecuencia de las publicaciones . . . 404
25.4.3 Contenido y formato . . . 404
25.5 Soportes magnéticos . . . 407
25.5.1 Cintas magnéticas. . . 408
25.5.2 Discos magnéticos . . . 409
25.5.3 Discos ópticos . . . 409
25.6 Formatos de intercambio de datos en tiempo real . . . 410
Referencias . . . 410
PARTE D — ANÁLISIS HIDROLÓGICO CAPÍTULO 26 — INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS HIDROLÓGICO ... 411
26.1 Métodos de análisis utilizados en hidrología ... 411
26.2 Propósito de la Parte D ... 412
CAPÍTULO 27 — ANÁLISIS DE FRECUENCIAS . . . 413
27.1 Uso del análisis de frecuencias en hidrología . . . 413
27.2 Series estadísticas y periódos de retorno . . . 413
27.3 Enfoque matemático para el análisis de frecuencias . . . 415
27.3.1 Distribuciones de probabilidades usadas en hidrología . . . 415
27.3.2 Estimación de parámetros . . . 416
27.3.3 Homogeneidad de datos . . . 416
Referencias . . . 417
CAPÍTULO 28 — FRECUENCIA E INTENSIDAD DE LA LLUVIA . . . 419
28.1 Frecuencia de la lluvia . . . 419
28.1.1 Lluvia puntual . . . 419
28.1.1.1 Ajuste de datos para intervalos de observación fijos . . . 419
28.1.1.2 Estimación indirecta de datos de frecuencia de lluvia puntual . . . 420
28.1.1.3 Lluvias máximas observadas . . . 423
28.1.2 Nivel de lluvia en una región . . . 425
28.1.3 Mapas generalizados . . . 425
28.1.4 Sequía . . . 426
28.2 Intensidad de la lluvia . . . 426
28.2.1 Lluvia puntual . . . 426
28.2.2 Lluvia en una región . . . 428
Referencias . . . 429 Página
CAPÍTULO 29 — ANÁLISIS DE LA LLUVIA DE
UNA TORMENTA . . . 431
29.1 Generalidades . . . 431
29.2 Curvas de valores acumulados . . . 431
29.3 Análisis de altura–superficie–duración de la lluvia . . . 432
29.4 Precipitación Máxima Probable (PMP) . . . 432
29.4.1 Métodos para calcular la PMP . . . 433
29.4.2 Estimaciones preliminares . . . 435
29.4.3 Selección de la duración de la lluvia de diseño . . . 435
29.4.4 Selección de subcuencas . . . 436
29.4.5 Transposición de tormentas . . . 436
29.4.6 Selección y análisis de las tormentas principales . . . 437
29.4.7 Maximización de las tormentas seleccionadas . . . 437
29.4.8 Orientación de los modelos de lluvia de tormenta . . . 438
29.4.9 Uniformidad regional de las estimaciones . . . 438
29.4.10 Estimaciones en ausencia de datos . . . 438
Referencias . . . 441
CAPÍTULO 30 — INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN . . . 443
30.1 Generalidades . . . 443
30.2 Ajuste de los datos . . . 443
30.2.1 Período básico normalizado de observaciones . . . 444
30.2.2 Análisis mediante la curva de doble acumulación . . . 445
30.2.3 Estimación de datos faltantes . . . 446
30.3 Distribución espacial . . . 446
30.3.1 Representación en mapas de isoyetas . . . 446
30.3.2 Evaluación de los efectos fisiográficos . . . 447
30.4 Cálculo de la precipitación media de una zona . . . 448
30.4.1 Media aritmética . . . 448
30.4.2 Método de los polígonos . . . 449
30.4.3 Método de isoyetas . . . 450
30.4.4 Método del porcentaje del valor normal . . . 450
30.4.5 Método hipsométrico . . . 450
Referencias . . . 452
CAPÍTULO 31 — ANÁLISIS DEL ESCURRIMIENTO DE LA FUSIÓN DE NIEVE . . . 453
31.1 Generalidades . . . 453
31.2 Teoría de la fusión de la nieve en un punto determinado . . . 453
31.3 Estimación del derretimiento de la nieve en una cuenca en ausencia de lluvia . . . 457
Página
31.4 Estimación del derretimiento de la nieve
en una cuenca con lluvia . . . 460
31.5 Estimación del escurrimiento debido al deshielo . . . 461
31.6 Evaporación a partir de una capa de nieve . . . 463
31.7 Máximos probables de precipitación y derretimiento de nieve . . . 464
31.7.1 Introducción . . . 464
31.7.2 Acumulación máxima probable de nieve . . . 464
31.7.3 Estimación del derretimiento de nieve . . . 465
31.8 Escurrimiento de un deshielo de período corto . . . 466
31.8.1 Regiones planas . . . 466
31.8.2 Terreno montañoso . . . 466
Referencias . . . 466
CAPÍTULO 32 — EVALUACIÓN DE DATOS DE FLUJO FLUVIAL . . . 467
32.1 Generalidades . . . 467
32.2 Ajuste de datos . . . 467
32.3 Distribución espacial . . . 468
32.3.1 Mapas de la escorrentía anual media . . . 468
32.3.2 Escurrimiento medio a partir de datos de precipitación y de temperatura . . . 469
32.3.3 Correlación entre estaciones . . . 472
32.3.4 Longitud efectiva de un registro extendido . . . 474
Referencias . . . 474
CAPÍTULO 33 — RELACIONES LLUVIA – ESCURRIMIENTO . . . 475
33.1 Generalidades . . . 475
33.2 Volúmenes de escurrimiento . . . 475
33.2.1 Índice de precipitación anterior . . . 475
33.2.2 Caudal de base inicial como índice del volumen de escurrimiento . . . 478
33.2.3 Técnicas de evaluación de la humedad . . . 479
33.3 Distribución de un escurrimiento en el tiempo . . . 480
33.3.1 Hidrograma unitario . . . 480
33.3.1.1 Construcción del hidrograma unitario a partir de registros de escurrimientos . . . 481
33.3.1.2 Deducción por métodos sintéticos . . . 484
33.3.1.3 Conversión de la duración de un hidrograma unitario . . . 485
33.3.2 Método de las isocronas . . . 486
33.4 Modelos distribuidos . . . 488
Referencias . . . 488 Página
CAPÍTULO 34 — TRÁNSITO DE AVENIDAS . . . 489
34.1 Generalidades . . . 489
34.2 Métodos hidrodinámicos . . . 489
34.2.1 Método completo . . . 489
34.2.2 Difusión y tránsito cinemático . . . 492
34.3 Métodos hidrológicos . . . 493
34.4 Tránsito de avenidas en embalses . . . 495
Referencias . . . 496
CAPÍTULO 35 — ANÁLISIS DE ESTIAJES Y SEQUÍAS . . . 497
35.1 Generalidades . . . 497
35.2 Curvas de duración de caudales . . . 497
35.3 Frecuencia de caudales bajos . . . 499
35.4 Análisis estadístico de sequías . . . 500
35.5 Análisis de la curva de recesión . . . 501
Referencias . . . 503
CAPÍTULO 36 — FRECUENCIA DE CRECIDAS . . . 505
36.1 Análisis de los datos recopilados en las estaciones . . . 505
36.1.1 Caudal máximo . . . 505
36.1.2 Análisis estadístico de hidrogramas de crecidas . . . 506
36.2 Regionalización de caudales de crecidas . . . 507
36.2.1 Método de crecida índice . . . 507
36.2.2 Métodos basados en la regresión . . . 508
Referencias . . . 510
CAPÍTULO 37— ESTIMACIÓN DE LA EVAPORACIÓN EN LAGOS Y EMBALSES . . . 513
37.1 Generalidades . . . 513
37.2 Método del balance hídrico . . . 513
37.2.1 Caudales afluente y efluente . . . 514
37.2.2 Precipitación . . . 514
37.2.3 Infiltración neta y almacenamiento en las orillas . . . 514
37.2.4 Variación del volumen almacenado en el embalse . . . 514
37.3 Método del balance energético . . . 514
37.3.1 Radiación de onda larga reflejada . . . 516
37.3.2 Radiación emitida por el embalse . . . 516
37.3.3 Variación de la energía almacenada . . . 516
37.3.4 Energía utilizada para la evaporación . . . 517
37.3.5 Energía transmitida por convección a la masa de agua o por ésta como calor sensible . . . 517
37.3.6 Energía transmitida por advección por el agua evaporada . . . 518 Página
37.3.7 Intercambio de energía entre el agua del embalse y el fondo . . . 518
37.3.8 Evaporación . . . 518
37.4 Métodos aerodinámicos . . . 520
37.4.1 Valor del coeficiente N . . . 521
37.4.2 Viento . . . 522
37.4.3 Temperatura en la superficie del agua . . . 522
37.4.4 Humedad o presión del vapor de agua en el aire . . . 522
37.4.5 Método de correlación turbulenta . . . 523
37.5 Combinación de las ecuaciones del método aerodinámico y las del balance energético . . . 523
37.6 Extrapolación a partir de mediciones de tanques . . . 526
Referencias . . . 531
CAPÍTULO 38 — ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN EN UNA CUENCA . . . 532
38.1 Generalidades . . . 532
38.2 Evapotranspiración potencial . . . 532
38.3 Evapotranspiración real . . . 532
38.4 Método del balance hídrico . . . 534
38.4.1 Precipitación . . . 534
38.4.2 Escurrimiento . . . 534
38.4.3 Variación del almacenamiento . . . 534
38.4.4 Infiltración profunda . . . 535
38.5 Método del balance energético . . . 535
38.6 Método aerodinámico . . . 535
38.7 Método de Penman-Monteith . . . 536
38.8 Método de Priestley-Taylor (de radiación) . . . 536
38.9 Método complementario . . . 536
Referencias . . . 537
CAPÍTULO 39 — MODELIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROLÓGICOS 539 39.1 Generalidades . . . 539
39.2 Modelos de caja negra (enfoque sistemático) . . . 540
39.3 Modelos conceptuales . . . 542
39.3.1 Modelo del Centro Hidrometeorológico de la ex URSS . . . 542
39.3.2 Modelo Sacramento . . . 544
39.3.3 Modelo tanque . . . 547
39.3.4 Selección de modelos . . . 548
39.4 Modelos hidrodinámicos . . . 550
39.5 Evaluación de parámetros . . . 552
39.6 Simulación estocástica de series hidrológicas de tiempo . . . 553
39.6.1 Modelos markovianos lag-1 . . . 554 Página
39.6.2 Modelos autoregresivos de media móvil (ARMA) . . . 555
39.6.3 Modelos fraccionales gaussianos de ruido y de proceso
de línea quebrada . . . 556 39.7 Modelización de la calidad de agua . . . 556 39.7.1 Generalidades . . . 556 39.7.2 Tipos de modelos . . . 557 39.7.3 Modelos del transporte de contaminantes en un río . . . 558 39.7.4 Aplicaciones y ejemplos . . . 558 39.8 Selección de modelos . . . 559 Referencias . . . 560 CAPÍTULO 40 — MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS
FISIOGRÁFICAS . . . 565 40.1 Generalidades . . . 565 40.2 Sistemas de referencia . . . 565 40.3 Mediciones puntuales . . . 566 40.4 Problemas lineales . . . 566 40.4.1 Corriente de agua . . . 567 40.4.2 Red de drenaje . . . 567 40.4.3 Perfil de la corriente de agua . . . 569 40.4.4 La red de drenaje o hidrográfica . . . 570 40.4.5 Sección transversal . . . 570 40.4.6 Características físicas . . . 571 40.5 Mediciones de superficie . . . 571 40.5.1 La cuenca . . . 571 40.5.2 La malla . . . 577 40.6 Mediciones volumétricas . . . 577 40.6.1 Métodos batimétricos . . . 577 40.6.2 Métodos topográficos . . . 578 40.7 Sistemas de información geográfica . . . 578 Referencias . . . 579 PARTE E — PREDICCIÓN HIDROLÓGICA
CAPÍTULO 41 — INTRODUCCIÓN A LA PREDICCIÓN
HIDROLÓGICA . . . 581 41.1 Generalidades . . . 581 41.2 Características de las predicciones . . . 581 41.3 Efectividad de las predicciones hidrológicas . . . 583 41.3.1 Exactitud y oportunidad . . . 584 41.3.2 Costo y beneficio de las predicciones hidrológicas . . . 585 41.4 Servicio de predicción hidrológica . . . 588 Página
41.4.1 Organización . . . 588 41.4.2 Actividades . . . 590 41.5 Difusión de predicciones y avisos . . . 590 CAPÍTULO 42 — DATOS NECESARIOS PARA LA PREDICCIÓN
HIDROLÓGICA . . . 593 42.1 Generalidades . . . 593 42.2 Datos para desarrollar los procedimientos de predicción . . . 593 42.2.1 Variables hidrológicas . . . 594 42.2.2 Características de la cuenca . . . 594 42.2.3 Características del río . . . 594 42.3 Datos requeridos en la preparación de una predicción . . . 595 42.3.1 Lluvia . . . 595 42.3.2 Nieve . . . 595 42.3.3 Niveles y caudales . . . 596 42.3.4 Otras necesidades de datos . . . 596 42.4 Uso de predicciones meteorológicas . . . 596 42.5 Precisión de las observaciones y frecuencia de las mediciones . . . 597 42.6 Adquisición de datos con fines operativos . . . 597 42.6.1 Redes . . . 597 42.6.2 Teledetección . . . 600 42.6.2.1 Radar . . . 600 42.6.2.2 Métodos basados en Satélites . . . 601 42.6.2.3 Detección con aeronaves . . . 603 42.6.3 Sistemas de comunicación . . . 603 42.6.3.1 Satélites . . . 605 42.6.3.2 Impulso meteórico . . . 605 Referencias . . . 606 CAPÍTULO 43 — MÉTODOS DE PREDICCIÓN . . . . 607 43.1 Generalidades . . . 607 43.2 Correlación y regresión . . . 608 43.3 Índice de humedad . . . 609 43.4 Predicción del nivel de cresta . . . 610 43.5 Predicción de flujo basada en el volumen almacenado . . . 612 43.6 Predicción de decrecida . . . 613 43.7 Modelos conceptuales de flujo fluvial . . . 613 43.8 Tránsito de avenidas . . . 614 43.9 Análisis de series cronológicas . . . 614 43.10 Técnicas de ajuste de predicción . . . 615 43.11 Predicción probabilística . . . 616 Referencias . . . 617 Página
CAPÍTULO 44 — PREDICCIONES DE CRECIDA Y DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA . . . 619 44.1 Generalidades . . . 619 44.2 Predicciones de crecidas . . . 619 44.3 Crecida repentina . . . 620 44.3.1 Generalidades . . . 620 44.3.1.1 Programas de predicción . . . 621 44.3.1.2 Sistemas de alarma . . . 621 44.3.1.3 Vigilancias y avisos . . . 621 44.3.1.4 Crecidas repentinas y calidad del agua . . . 622 44.3.2 Inundaciones en áreas urbanas . . . 622 44.3.3 Rotura de presas . . . 623 44.4 Marea de tormenta en los ríos . . . 624 44.5 Predicción de abastecimiento de agua . . . 624 44.6 Caudal bajo (caudal de estiaje) . . . 626 Referencias . . . 627 CAPÍTULO 45 — PREDICCIONES DE FUSIÓN DE NIEVES . . . 629 45.1 Generalidades . . . 629
45.2 Procesos de escorrentía por fusión de nieve en ríos de tierras bajas
y de montañas . . . 629 45.3 Modelos de predicción . . . 630 45.3.1 Métodos de índice . . . 630 45.3.2 Modelos conceptuales . . . 632 45.3.3 Predicción extendida de flujo fluvial . . . 632 45.3.4 Datos de entrada . . . 633
45.4 Predicciones a corto y mediano plazo de la escorrentía por fusión
de nieve . . . 634 45.5 Predicciones de fusión de nieve a largo plazo . . . 634
45.6 Predicciones estacionales de fusión de nieve para regiones llanas . . . . 635
45.7 Predicciones estacionales de fusión de nieve para regiones montañosas 636
Referencias . . . 637 CAPÍTULO 46 — PREDICCIONES DE LA FORMACIÓN
Y LA ROTURA DE HIELO. . . 639 46.1 Generalidades . . . 639 46.2 Predicciones de la formación del hielo . . . 639 46.3 Predicciones de la rotura de hielo . . . 642 46.3.1 Predicciones de la rotura de hielo en embalses . . . 643 46.3.2 Predicciones de la rotura de hielo en ríos . . . 643 46.4 Predicciones del hielo a largo plazo . . . 644 46.4.1 Formación de hielo . . . 644 Página
46.4.2 Rotura de hielo . . . 645 46.4.3 Uso de la circulación atmosférica . . . 645 Referencias . . . 645 PARTE F — APLICACIONES PARA LA GESTIÓN DE LOS
RECURSOS HÍDRICOS
CAPÍTULO 47 — INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES PARA
LA GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . 647 47.1 Generalidades . . . 647 47.2 Objetivos de un proyecto de gestión de recursos hídricos . . . 647 47.3 Proyectos de múltiples aplicaciones . . . 648 47.4 Sistemas de recursos hídricos . . . 648
47.5 Investigación preliminar de los proyectos de gestión de recursos
hídricos . . . 649 Referencias . . . 652 CAPÍTULO 48 — DESARROLLO SOSTENIBLE DE LOS RECURSOS
HÍDRICOS . . . 653 48.1 Generalidades . . . 653 48.2 Variabilidad del recurso . . . 653 48.2.1 Cambios naturales . . . 653 48.2.2 Cambios antropógenos . . . 654 48.3 Cambios de actitud en la gestión de los recursos hídricos . . . 654 48.3.1 Gestión de cuencas . . . 656 48.3.2 Fragmentación de la gestión . . . 656 48.4 Programas de datos sobre el agua . . . 657 48.4.1 Evaluación de las necesidades de datos para el futuro . . . 657 48.4.2 Carácter y eficacia de las redes . . . 659 48.4.3 Opciones de estrategias para las redes . . . 660 48.5 Conclusiones . . . 661 Referencias . . . 661 CAPÍTULO 49 — CALIDAD DEL AGUA Y PROTECCIÓN DE LOS
RECURSOS HÍDRICOS . . . 663 49.1 Generalidades . . . 663 49.2 Relación entre la cantidad y la calidad del agua . . . 663 49.2.1 Arroyos y ríos . . . 663 49.2.2 Grandes lagos y embalses . . . 665
49.3 Efectos de los proyectos de recursos hídricos en la calidad del agua
de arroyos y ríos . . . 666 49.3.1 Presas y diques . . . 666 49.3.2 Obras de regulación del río . . . 667 Página
49.3.3 Reducción y aumento del caudal . . . 667
49.4 Efectos de los proyectos de recursos hídricos en la calidad de agua
en grandes lagos y embalses . . . 668 49.5 Cambios en la calidad del agua debido a la contaminación . . . 668 49.5.1 Eutrofización . . . 668 49.5.2 Materia orgánica y autodepuración . . . 669 49.5.3 Adsorción y acumulación de contaminantes . . . 669 49.5.4 Contaminación térmica . . . 670
49.6 Medidas para reducir los efectos de la contaminación en la calidad
del agua . . . 670 49.6.1 Medidas preventivas . . . 670 49.6.2 Medidas correctivas . . . 671 Referencias . . . 671 CAPÍTULO 50 — EVALUACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . 673 50.1 Generalidades . . . 673 50.2 Necesidad de una evaluación de los recursos hídricos . . . 673 50.3 Usos de la información sobre los recursos hídricos . . . 674 50.4 Tipos de información relativa a los recursos hídricos . . . 675
50.5 Componentes de un programa de evaluación de recursos
hídricos . . . 678
50.6 Evaluación de las actividades de evaluación de recursos
hídricos . . . 680 Referencias . . . 681 CAPÍTULO 51 — ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA . . . 683 51.1 Generalidades . . . 683 51.2 Uso del agua . . . 683 51.2.1 Suministro de agua a nivel urbano . . . 685 51.2.2 Uso doméstico . . . 685 51.2.3 Uso comercial . . . 685 51.2.4 Riego . . . 686 51.2.5 Ganadería . . . 686 51.2.6 Uso industrial . . . 687 51.2.7 Energía termoeléctrica . . . 687 51.2.8 Reducción de la contaminación . . . 687 51.2.9 Recreación, estética y tradición . . . 688 51.2.10 Conservación de la pesca y la vida silvestre . . . 688 51.2.11 Navegación . . . 688 51.2.12 Control de inundaciones . . . 688 Referencias . . . 689 Página
CAPÍTULO 52 — ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE UN EMBALSE 691 52.1 Generalidades . . . 691
52.2 Evaluación de las pérdidas de agua desde los sistemas hídricos de
superficie . . . 692 52.2.1 Naturaleza de las pérdidas . . . 692 52.2.2 Pérdidas en zonas de regadío . . . 692 52.2.3 Evaporación en los embalses . . . 693 52.2.4 Infiltración en los embalses . . . 693 52.3 Influencia del emplazamiento del embalse . . . 694 52.4 Influencia de la sedimentación . . . 694 52.5 Análisis secuencial . . . 694 52.5.1 Método numérico . . . 694 52.5.2 Método gráfico . . . 697 52.6 Método probabilístico . . . 697 52.6.1 Métodos rigurosos . . . 698 52.6.2 Métodos aproximados . . . 699 52.7 Relación almacenamiento–extracción–fiabilidad . . . 701 52.8 Embalses para fines múltiples . . . 702 52.9 Sistemas de embalses . . . 702 52.10 Efectos incidentales de los embalses . . . 704 52.10.1 Efectos en los regímenes hidráulicos e hidrológicos . . . 704 52.10.2 Efectos en el medio ambiente . . . 704 52.11 Estimación de los niveles máximos del embalse . . . 704 52.11.1 Sobreelevación del nivel por efecto del viento . . . 705 52.11.2 Olas generadas por el viento . . . 705 52.11.3 Ondulaciones periódicas de la superficie del agua . . . 706 Referencias . . . 707 CAPÍTULO 53 — ESTIMACIÓN DE LAS CRECIDAS DE DISEÑO. . . 709 53.1 Generalidades . . . 709 53.2 Clase de crecidas de diseño . . . 710 53.2.1 Magnitud y métodos de cálculo . . . 710 53.2.2 Período de vida útil . . . 710 53.2.3 Crecidas de diseño para grandes embalses . . . 711 53.2.4 Crecida máxima probable (CMP) . . . 712 53.2.5 Crecida de proyecto estándar (CPE) . . . 713 53.3 Preparación de datos . . . 713 53.4 Técnicas para el cálculo de crecidas de diseño . . . 714 53.4.1 Métodos empíricos . . . 714 53.4.2 Modelos determinísticos . . . 715 53.4.3 Métodos probabilísticos . . . 715 Referencias . . . 717 Página
CAPÍTULO 54 — CONTROL DE CRECIDAS . . . 719 54.1 Generalidades . . . 719 54.2 Embalses para el control de crecidas . . . 719 54.2.1 El problema de diseño . . . 719 54.2.1.1 Almacenamiento de retención regulado . . . 720 54.2.1.2 Almacenamiento de retención no regulado en el río . . . 721 54.2.1.3 Almacenamiento de retención no regulado fuera del río . . . 721
54.2.2 Consideraciones sobre el funcionamiento para la elaboración
del diseño . . . 722 54.2.3 Otras consideraciones referentes a los embalses . . . 722 54.2.3.1 Intervalo de tiempo entre crecidas sucesivas . . . 722 54.2.3.2 Efectos de la sedimentación . . . 722 54.2.3.3 Efectos del desarrollo de la zona aguas arriba . . . 723 54.3 Otras medidas estructurales . . . 723 54.3.1 Desviación . . . 723 54.3.2 Modificación de cauces . . . 723 54.3.3 Diques y muros de protección contra las crecidas . . . 724 54.4 Medidas no estructurales . . . 725 54.4.1 Control de las planicies de inundación . . . 725 54.4.2 Aviso de crecidas . . . 725
54.5 Diseño de las obras de drenaje de cuencas urbanas y de pequeñas
cuencas rurales . . . 726 54.5.1 Características de los sistemas de drenaje . . . 726 54.5.2 Cálculo de las descargas de los sistemas de drenaje . . . 727 54.6 Efectos en el ciclo hidrológico . . . 728 Referencias . . . 728 CAPÍTULO 55 — RIEGO Y DRENAJE . . . . 729 55.1 Riego . . . 729 55.1.1 Necesidades de agua de las cosechas . . . 729 55.1.1.1 Método de Blaney–Criddle . . . 730 55.1.1.2 Humedad del suelo . . . 731 55.1.1.3 Calidad del agua . . . 731 55.1.2 Pérdidas de agua . . . 731 55.2 Drenaje agrícola . . . 732 55.2.1 Definición . . . 732 55.2.2 Factores que afectan el drenaje . . . 733 55.2.3 Beneficios del drenaje agrícola . . . 734 55.2.4 Tipos básicos de drenaje . . . 735 55.2.4.1 Drenaje de alivio . . . 735 55.2.4.2 Drenaje de intercepción . . . 735 55.2.5 Métodos de drenaje artificial . . . 735 Página
55.2.5.1 Drenaje superficial . . . 735 55.2.5.2 Drenaje subsuperficial . . . 736 55.2.6 Factores económicos . . . 737 Referencias . . . 737 CAPÍTULO 56 — ENERGÍA HIDROELÉCTRICA Y PROYECTOS
ENERGÉTICOS . . . 739 56.1 Generalidades . . . 739 56.2 Energía hidroeléctrica . . . 739 56.2.1 Ventajas . . . 740 56.2.2 Potencial de un lugar . . . 741 56.2.3 Disposiciones operacionales . . . 745 56.2.4 Calidad del agua . . . 746 56.3 Proyectos relativos a la producción de energía . . . 746
56.3.1 Generación de energía a partir de combustibles fósiles o nucleares .... 747
56.3.2 Extracción y procesamiento del carbón . . . 750 56.3.3 Extracción y procesamiento del uranio . . . 751 56.3.4 Producción de petróleo . . . 751 56.3.5 Producción de metanol . . . 752 Referencias . . . 752 CAPÍTULO 57 — NAVEGACIÓN Y CORRECCIÓN DE UN CAUCE . . . 753 57.1 Aplicación de la hidrología a la navegación . . . 753
57.1.1 Aplicación de datos hidrológicos a la caracterización
de las vías fluviales . . . 753 57.1.1.1 Parámetros geométricos . . . 755 57.1.1.2 Parámetros hidrológicos . . . 755 57.1.1.3 Parámetros hidráulicos . . . 759
57.1.2 Utilización de los datos hidrológicos en la navegación operacional .... 759
57.1.2.1 Recopilación de datos . . . 759 57.1.2.2 Predicciones . . . 761 57.1.2.3 Transmisión de datos y predicciones . . . 761 57.1.3 Navegación en lagos, ríos y canales . . . 761
57.2 Aplicación de los datos hidrológicos a la corrección de un cauce . . . . 762
57.2.1 Evolución y caracterización de los meandros . . . 762 57.2.2 Determinación de la descarga y alturas de diseño . . . 765
57.2.2.1 Determinación de la descarga de diseño para la regulación
del lecho mayor . . . 765
57.2.2.2 Determinación de la descarga de diseño para la regulación
del lecho medio . . . 766 Página
CAPÍTULO 58 — GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS URBANOS 769 58.1 Generalidades . . . 769 58.2 Drenaje de aguas pluviales en zonas urbanas . . . 770
58.3 Modelización de sistemas de precipitaciones, escorrentía y drenaje
de aguas pluviales . . . 771 Referencias . . . 772 CAPÍTULO 59 —TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Y DEFORMACIÓN
DEL LECHO DEL RÍO . . . 773 59.1 Generalidades . . . 773 59.2 Erosión de las captaciones . . . 773 59.3 Erosión de los cauces . . . 774 59.4 Transporte de sedimentos en los cauces . . . 774 59.4.1 Transporte de sedimentos en suspensión . . . 774 59.4.2 Transporte de la carga del lecho . . . 775 59.5 Sedimentación . . . 776
59.6 Medidas que deben tomarse para la regulación de sedimentos . . . 778
Referencias . . . 778 Índice temático . . . 779 Página
Uno de los objetivos de la Organización Meteorológica Mundial es promover la nor- malización de las observaciones meteorológicas e hidrológicas y asegurar la publi- cación uniforme de observaciones y estadísticas. Con este propósito el Congreso Meteorológico Mundial adoptó el Reglamento Técnico, en el que se incluyen las prácticas y los procedimientos meteorológicos e hidrológicos a ser seguidos por los Estados Miembros de la Organización. El Reglamento Técnicose complementa con algunas guías en las que se describen con más detalles las prácticas, los procedimientos y las estipulaciones que los Miembros están invitados a respetar y aplicar al establecer y llevar a cabo sus acuerdos en cumplimiento del Reglamento Técnico, y al establecer y poner en funcionamiento los Servicios Meteorológicos e Hidrológicos en sus respec- tivos países.
La presente publicación surgió como consecuencia de la primera reunión (Washington, 1961) de la Comisión de Hidrología de la OMM, en la que se recono- ció la urgente necesidad de preparar una guía de prácticas hidrológicas. En 1965 se publicó la primera edición titulada Guía de Prácticas Hidrometeorológicas.
La segunda y la tercera edición de esta Guía se publicaron en 1970 y 1974, respectivamente. El título de la tercera edición se cambió por el de Guía de Prácticas Hidrológicaspara tener en cuenta el alcance más amplio de su contenido.
La revisión y los importantes aditivos a la Guía, aprobados por la Comisión en su quinta reunión (Ottawa, 1976), hizo necesaria la publicación de la cuarta edición en dos volúmenes: Volumen I – Adquisición y proceso de datos; y Volumen II – Análisis, predicción y otras aplicaciones. Los Volúmenes I y II de la cuarta edición fueron publicados en 1981 y 1983 respectivamente.
En la octava reunión de la Comisión (Ginebra, 1988) se aprobó una nueva estructura para la quinta edición de la Guía; los capítulos de la cuarta edición se con- vierten en partes, subdivididas en capítulos, cada uno con su propia lista de referen- cias bibliográficas. Se decidió que cada capítulo versara sobre una variable o tema hidrológico para simplificar la consulta, las revisiones futuras y las referencias cruzadas con el Manual de Referencia del HOMS. Esta edición de la Guía contiene seis partes y 59 capítulos, publicados en un solo volumen. Además de la versión inglesa, la Guíaestá traducida en los tres otros idiomas oficiales de la Organización
(español, francés y ruso). Asimismo, como para las versiones anteriores, varios Miembros de la Organización manifestaron su intención de traducir esta Guía a su idioma nacional.
El objetivo de la Guía de Prácticas Hidrológicas es brindar, a todos aquellos vinculados a la hidrología, información actualizada sobre prácticas, procedimientos e instrumentos que les pueda ser útil para llevar a cabo sus tareas con buenos resul- tados. Una descripción más detallada de las bases teóricas y del margen de apli- cación de los métodos y técnicas hidrológicas está más allá del alcance de esta Guía.
Sin embargo, cuando se considera oportuno se hace referencia a dicha docu- mentación.
Se espera que la presente Guía será útil no sólo para los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos, sino también para muchos organismos del mundo que participan en el control y la evaluación de los recursos hídricos. Se invita a los usuarios de la Guíaa continuar enviando sus comentarios y sugerencias a la Secretaría General, para seguir mejorándola.
Me complace expresar el agradecimiento de la Organización Meteorológica Mundial a más de 40 expertos de todo el mundo que contribuyeron a la preparación de esta edición de la Guía. Agradecemos especialmente a los señores M. Roche (Francia) y A.R Perks (Canadá) que se encargaron de recopilar el borrador inicial y revisar la parte B; a los señores A. Hall y B. Stewart (Australia) que revisaron la parte C; a los señores F. Bultot (Bélgica), S. Zevin (EE.UU.) y V.R. Schneider (EE.UU.) que revisaron las partes D, E y F, respectivamente. Por cuanto se refiere a los nuevos textos, nuestro más profundo agradecimiento al Sr. N. Normand (Francia) por el capítulo 15 (Medición de la humedad del suelo); al Dr. P. Pilon (Canadá) por el capítulo 36 (Frecuencia de crecidas), al Dr. G. Young y al Sr. A. Perks (Canadá) por el capítulo 48 (Desarrollo sostenible del agua); y al Dr. L. Goda (Hungría) por el capítulo 57 (Navegación y corrección de cauces). Nuestra especial gratitud al Dr. M. Moss (EE.UU.) por su ayuda en la preparación del borrador final y al Dr. Starosolszky (Hungría) por sus excelente consejos durante toda la preparación de la presente edición de la Guía.
(G. O. P. Obasi) Secretario General
1.1 Alcance de la Guía
La hidrología es la ciencia que estudia la presencia y la distribución de las aguas en la tierra, sus propiedades químicas, biológicas y físicas, y su interacción con el me- dio ambiente físico. De esta manera, es la base para resolver problemas prácticos de inundaciones y sequías, erosión y transporte de sedimentos y contaminación del agua. En efecto, la creciente preocupación por la contaminación de las aguas super- ficiales y subterráneas, la lluvia ácida, el drenaje de zonas húmedas y otros tipos de cambios en el uso de la tierra, así como la amenaza que se cierne sobre los recursos hídricos debida a los cambios climáticos y al aumento del nivel del mar, han desta- cado el papel esencial que desempeña la hidrología en muchos proyectos relativos al medio ambiente.
La presente Guía aborda éstos y varios otros aspectos del ciclo hidrológico, en especial sus fases sobre y bajo la superficie terrestre. Naturalmente, está enfocada hacia esas áreas que están dentro del alcance de las actividades de la Organización Meteorológica Mundial en materia de hidrología y recursos hídricos, para aumentar el apoyo que se ofrece a los Servicios Hidrológicos Nacionales y a los organismos que tienen una misión similar. La Guíatrata, por lo tanto, sobre las principales va- riables del ciclo hidrológico y sus expresiones en el desplazamiento y el almacena- miento del agua:
a) precipitaciones;
b) capa de nieve (distribución, espesor, densidad, equivalente en agua);
c) nivel del agua (ríos, lagos, embalses, pozos);
d) flujo fluvial, descarga de sedimentos y calidad de las aguas superficiales;
e) evaporación y evapotranspiración;
f) humedad del suelo; y
g) aguas subterráneas, incluida la calidad del agua.
1.2 Plan y contenido de la Guía
Las actividades nacionales en materia de hidrología han aumentado rápidamente en los últimos decenios. Existen también numerosos programas de asistencia bilateral en este campo, además de las Naciones Unidas y de sus órganos especializados, y no es
GENERALIDADES
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN A LA GUÍA
de extrañar que los programas hidrológicos coincidan en un mismo país. Por lo tanto, se ha hecho muy necesario disponer de guías y normas internacionales, y se espera que la presente Guía responda a dicha necesidad. Con este fin, se trabajó con ahínco para mejorar y completar la Guía (quinta edición) que está compuesta de seis partes:
Parte A: Generalidades — capítulos 1 a 5;
Parte B: Instrumentos hidrológicos y métodos de observación y de estimación
— capítulos 6 a 18;
Parte C: Recopilación, proceso y difusión de datos hidrológicos — capítulos l9 a 25
Parte D: Análisis hidrológico — capítulos 26 a 40 Parte E: Predicción hidrológica — capítulos 41 a 46
Parte F: Aplicaciones para la gestión de los recursos hídricos — capítulos 47 a 59
Los capítulos 1 a 5 (Parte A) contienen información de carácter general sobre las actividades relativas al agua que efectúan la OMM y otras organizaciones interna- cionales, así como sobre las normas y reglas de la OMM en materia de hidrología y sobre las funciones y responsabilidades de los Servicios Hidrológicos Nacionales.
Los capítulos 6 a 25 (Partes B y C) se refieren a los instrumentos y métodos de observación, el diseño de redes hidrológicas y la recopilación, el proceso y la publi- cación de datos. Se invita a los Miembros a que, al establecer y explotar sus Servicios Hidrológicos Nacionales, sigan y pongan en práctica estas pautas y estipulaciones.
La adopción de las normas recomendadas beneficiará a los países donde se están estableciendo las redes hidrológicas o donde ya son explotadas por varias institu- ciones u órganos privados o gubernamentales. El contenido de estos capítulos coin- cide, hasta cierto punto, con la documentación que figura en otras guías de la OMM, pero en ellos se destacan el desarrollo y la gestión de los recursos hídricos. Se prevé que utilicen la presente Guía otros organismos que no sean los Servicios Hidrológicos y, por ese motivo, se consideró necesario elaborar una obra completa, que no se refie- ra con frecuencia a otras guías de la OMM.
Los capítulos 26 a 59 (Partes D, E y F) tratan sobre métodos de análisis, predic- ción hidrológica y otras aplicaciones a proyectos de gestión de los recursos hídricos y los problemas conexos. Si bien se logró un cierto nivel de normalización (y se espera que todavía se puedan realizar otros progresos) de los instrumentos, los méto- dos de observación y las prácticas de publicación, la situación es totalmente diferente por cuanto se refiere a los análisis hidrológicos y a sus aplicaciones. Por lo tanto, en la Guía se describen otros posibles enfoques que, de acuerdo con la experiencia adquirida, resultan prácticos y satisfactorios. El objetivo es dirigir la atención hacia la existencia de varias técnicas útiles y presentar las principales características y ven- tajas de cada una de ellas, en vez de recomendar una de ellas. Los múltiples factores que participan (régimen hidrológico y climático, información y datos disponibles,
objetivos previstos, etc.) exigen que se formulen recomendaciones basadas en la com- prensión total de cada uno de ellos. En los últimos años, la creciente utilización de microcomputadoras ha permitido la introducción de más métodos y técnicas de análi- sis perfeccionadas y, como actualmente su uso está muy generalizado, se incluyen en esta Guía.
Como ya se mencionó, existen repeticiones y algunos temas pueden figurar en dos o más capítulos. Por ejemplo, no hay una diferencia exacta entre proceso y análi- sis de datos. Si los mapas de isoyetas se publican mensualmente, se pueden conside- rar como datos de precipitación procesados. En otros casos, la preparación de un mapa de isoyetas es una etapa del análisis de los datos hidrológicos para establecer una relación lluvia-caudal con fines de predicción. Una dificultad similar surge con otros elementos hidrológicos y climatológicos derivados. Se ha tratado de atenuar dicha dificultad mediante la referencia cruzada entre capítulos.
Una descripción completa de la base teórica de las prácticas recomendadas y el examen detallado de sus métodos de aplicación están fuera del alcance de la presente Guía. Para estos detalles, el lector es referido a los manuales e informes técnicos ade- cuados de la OMM, así como a otros libros de texto, guías de referencia o manuales.
Las referencias aparecen al final de cada capítulo.
1.3 Referencias cruzadas entre la Guíay el Manual de Referencia del HOMS
A fin de facilitar una referencia cruzada con el Manual de Referencia(MRH) del Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS), (sección 2.3), se incluyen referencias (entre corchetes) a las subsecciones pertinentes del MRH cuan- do procede, en el margen derecho de los títulos de las secciones de la Guía.
2.1 Generalidades
La Organización Meteorológica Mundial, con por 172 Estados y Territorios Miembros, es un organismo especializado de las Naciones Unidas. De conformidad con el artículo 2 del Convenio de la OMM[1], las finalidades de la Organización son:
a) facilitar la cooperación mundial para crear redes de estaciones que efectúen ob- servaciones meteorológicas, así como hidrológicas y otras observaciones geofí- sicas relacionadas con la meteorología y favorecer la creación y el manteni- miento de centros encargados de prestar servicios meteorológicos y otros servi- cios conexos;
b) fomentar la creación y el mantenimiento de sistemas para el intercambio rápido de información meteorológica y conexa;
c) fomentar la normalización de las observaciones meteorológicas y conexas y asegurar la publicación uniforme de observaciones y estadísticas;
d) intensificar la aplicación de la meteorología a la aviación, la navegación marítima, los problemas del agua, la agricultura y otras actividades humanas;
e) fomentar actividades en materia de hidrología operativa y proseguir una estrecha colaboración entre los Servicios Meteorológicos y los Hidrológicos;
f) fomentar la investigación y enseñanza de la meteorología y, cuando proceda, de mate- rias conexas, y cooperar en la coordinación de los aspectos internacionales de tales actividades.
La Organización comprende:
a) el Congreso Meteorológico Mundial, órgano supremo de la Organización. En el se reúnen los delegados de todos los Miembros una vez cada cuatro años, a fin de determinar políticas generales para lograr los objetivos de la Organización;
b) el Consejo Ejecutivo, compuesto de 36 directores de Servicios Meteorológicos o Hidrometeorológicos Nacionales, se reúne una vez al año para coordinar los programas aprobados por el Congreso;
c) las seis Asociaciones Regionales (África, Asia, América del Sur, América del Norte y América Central, Suroeste del Pacífico y Europa), compuestas por Miembros gubernamentales, coordinan todas las actividades meteorológicas y conexas en sus respectivas Regiones;
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
d) las ocho Comisiones Técnicas, compuestas por expertos designados por los Miem- bros, estudian todas las cuestiones relativas a sus ámbitos de competencia (se han establecido comisiones técnicas para los sistemas básicos, los instrumentos y mé- todos de observación, las ciencias atmosféricas, la meteorología aeronáutica, la meteorología agrícola, la meteorología marina, la hidrología y la climatología);
e) la Secretaría sirve de centro administrativo, de documentación y de información de la Organización; cumple con las tareas establecidas en el Convenio y otros documentos fundamentales y proporciona apoyo de secretaría al trabajo que realizan los órganos integrantes de la OMM descritos anteriormente.
La figura 2.1 contiene la estructura organizativa de la OMM y en la figura 2.2 se delimitan las seis Asociaciones Regionales de la OMM.
2.1.1 Objetivos y alcances de las actividades relacionadas con el agua El compromiso en el campo de la hidrología operativa, descrito en el Artículo 2 e) del Convenio, se ejerce a través del Programa de Hidrología y Recursos Hídricos (PHRH). Este programa asiste a los Servicios Hidrológicos de los Miembros en materia de hidrología operativa y en la mitigación de los riesgos relacionados con el agua, como inundaciones y sequías. Promueve también la cooperación entre países a nivel regional y subregional, particularmente donde existen cuencas de ríos com- partidos, incluidas actividades de formación y enseñanza en hidrología.
El alcance de PHRH es básicamente la hidrología operativa, que como se define en el Reglamento General de la OMM [2], comprende:
a) la medición de los elementos hidrológicos básicos a partir de las redes de esta- ciones meteorológicas e hidrológicas: concentración, transmisión, proceso, al- macenamiento, recuperación y publicación de datos hidrológicos básicos;
b) la predicción hidrológica;
c) la preparación y el mejoramiento de métodos, procedimientos y técnicas en materia de:
i) diseño de redes;
ii) características de los instrumentos;
iii) normalización de instrumentos y métodos de observación;
iv) transmisión y proceso de datos;
v) suministro de datos meteorológicos e hidrológicos para efectos de diseño;
vi) predicción hidrológica.
Cabe señalar que, en el presente contexto, los datos hidrológicos incluyen datos sobre la cantidad y la calidad de las aguas superficiales y las aguas subterráneas. La hidrología operativa está, por lo tanto, muy relacionada con la evaluación de los recursos hídricos.
En la actualidad el objetivo principal y general del PHRH, como figura en el Tercer Plan a Largo Plazo de la OMM (1992-2001) [3], es:
