Ciclo Hidrológico
Digamos que el ciclo hidrológico se basa en el permanente movimiento o transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como entre los diferentes estados (líquido, gaseoso, sólido). Este movimiento se produce por dos causas: La energía solar y la gravedad propia de la tierra. Este sistema cerrado producido por la tierra regula y gestiona las necesidades de cada uno de los seres vivos.
El 70% de la superficie del planeta está ocupada por mares y océanos, el resto lo ocupan los continentes.
Volumen total aproximado del agua: 1400x 102Km3
El 97.5% de esta agua se encuentra en los océanos y solo el 2.5% restante es agua dulce.
Dentro de esa pequeña porción se encuentran :
Glaciares :68.7%
Aguas Subterráneas: 30.1%
Permafrost 0.8%
Aguas superficiales y en la atmósfera: 0.4%
El agua que transita continuamente entre los diferentes depósitos de la atmósfera, genera un ciclo. Este ciclo, se produce a través de los procesos de evaporación, condensación, precipitación, sedimentación, la escorrentía, el flujo de la infiltración, la sublimación, la transpiración, la fusión y las aguas subterráneas. El promedio de agua se renueva en los ríos una vez cada 16 días.
El agua en la atmósfera está completamente sustituida una vez cada 8 días. Algunos de estos recursos (sobre todo las aguas subterráneas) están siendo utilizados por los seres humanos a tasas que superan con creces sus tiempos de renovación. Este tipo de uso de los recursos está haciendo este tipo de agua efectivamente no renovables.
Permanencia del agua en periodos de tiempo
Definición técnica
Es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la tierra a la atmósfera y volver a la tierra: evaporación desde el suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes, precipitación y acumulacion en el suelo o masas de agua.
Origen de las mareas y el oleaje
Las mareas son cambios periódicos en el nivel del mar que se producen por las fuerzas de atracción gravitatoria del Sol y la Luna con respecto a La Tierra. Este fenómeno conlleva el movimiento de enormes masas de agua por la superficie de nuestro planeta, al ser atraídas por los astros que nos rodean. La fuerza de atracción de la Luna es entre 2 y 3 veces mayor que la del Sol, debido a la cercanía del satélite.
El origen de las mareas se produce en el interior de los océanos, prolongando su efecto hacia las zonas costeras de todo La Tierra y dando lugar a la suba y baja del mar. Es en el interior de los océanos donde se encuentran las grandes masas de agua que se mueven a causa de la gravedad.
Se denomina «flujo» al agua que asciende a las zonas de la costa y «reflujo» al agua que desciende de la costa. Por consiguiente, las mareas son un continuo flujo y reflujo de agua que llega y sale de los litorales costeros constantemente. A lo largo del día se producen 2 pleamares y 2 bajamares, por tanto, dos flujos de agua a la costa y dos reflujos de agua al interior del mar.
La ciencia de las mareas
La base de las mareas se explica con las leyes de Newton. La fuerza de la gravedad es la piedra angular de la ley de atracción gravitacional del Sol y la Luna con La Tierra. Newton decía que la atracción entre dos cuerpos era directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional a la distancia entre los cuerpos al cuadrado.
Dicho en otras palabras, la atracción es más grande siempre que la masa sea más grande y la distancia entre los objetos más pequeña. La Luna describe una órbita elíptica alrededor de nosotros, a la par que nosotros describimos una órbita elíptica alrededor del Sol. En el caso de la Luna, la cara de la Tierra que da a la Luna posee una mayor atracción, al encontrarse más cerca del satélite, atrayendo hacia sí grandes masas de agua y produciendo la pleamar. Mientras tanto, en la cara opuesta y debido a la fuerza centrífuga de la Tierra con respecto a la Luna, se produce una pleamar (de menor intensidad).
Se debe tener en cuenta que en la fórmula de Newton pesa más la distancia que la masa de los cuerpos, por ello, la fuerza de atracción de la Luna es entre 2 y 3 veces más grande que la del Sol, a pesar del tamaño de la estrella. Por tanto, las mareas lunares son más potentes que las solares.
Pleamares y Bajamares
La marea alta o pleamar es el momento en el que el mar alcanza su máxima altura. Se producen 2 pleamares al día con una diferencia de 12 horas y 25 minutos. La marea baja o bajamar es el momento en el que el mar alcanza su mínima altura. De igual modo, se producen 2 bajamares al día con una diferencia de 12 horas y 25 minutos. El semiperiodo de la marea (tiempo entre la pleamar y la bajamar) dura 6 horas y 12 minutos y 30 segundos, por lo que la marea cambia diariamente unos 50 minutos.
Mareas vivas y Mareas Muertas.
Las denominadas mareas vivas son un tipo de mareas que se producen cuando hay luna llena o cuando hay luna nueva. En estas mareas se produce la máxima amplitud entre la pleamar (o marea alta) y la bajamar (o marea baja). La causa de esta gran distancia se debe a la alineación del Sol y la Luna, la cual produce una mayor fuerza gravitacional de atracción. En estas ocasiones es interesante hacer una excursión al intermareal, para ver la diversidad de flora y fauna que tienen los mares.
Las mareas muertas son un tipo de marea que se produce en los cuartos lunares (cuarto menguante y cuarto creciente). En estas mareas se produce la mínima distancia entre la pleamar (o marea alta) y la bajamar (o marea baja). La causa de esta mínima distancia se debe a que el Sol y la Luna están en puntos opuestos, formando un ángulo de 90º, compensando sus fuerzas de atracción.
Formas de aprovechamiento del ciclo hidrológico.
La mejor forma de aprovechar el ciclo del agua y sus movimientos son los reservorios, ya sean naturales o artificiales.
Cuando hablamos de reservorios de agua nos referimos a aquellos lugares donde podemos estacionar el agua para luego utilizar su energía potencial y convertirla en cinética. Estos lugares generalmente los conocemos como Represas, lagos, lagunas, ríos de gran cauce.
Represa
Una presa o represa es una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo.
Sus finalidades son embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canales de riego, para su uso en establecimientos o para riego, para controlar los movimientos del agua o para generar energía potencial y luego utilizarla como energía cinética ya sea para generar electricidad o energía mecánica.
Según La COMISIÓN INTERNACIONAL DE GRANDES PRESAS se define que una gran represa es aquella cuya cortina de agua mide 15 metros o más desde la base hasta la cresta o que con una altura menor, puede contener grandes cantidades de agua
Términos generales usados en represas
El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.
El dique: es una pared artificial o natural que detiene a un cuerpo de agua.
El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada.
La cerrada o boquilla: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.
La presa o cortina: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático del agua, y por otro no permitir la filtración del agua. A su vez, en la presa se distingue:
Los paramentos, caras o taludes: son las dos superficies más o menos verticales principales que limitan el cuerpo de la presa, el interior o de aguas arriba, que está en contacto con el agua, y el exterior o de aguas abajo.
La coronación o coronamiento: es la superficie que delimita la presa superiormente.
Los estribos o empotramientos: son los laterales del muro que están en contacto con la cerrada contra la que se apoya.
La cimentación: es la parte de la estructura de la presa, a través de la cual se transmiten las cargas al terreno, tanto las producidas por la presión hidrostática como las del peso propio de la estructura.
El aliviadero o vertedero: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua excedente cuando la presa ya está llena.
Las compuertas: son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua a través de la presa.
El desagüe de fondo o descargador de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa y vaciar la presa en caso de ser necesario (por ejemplo, durante emergencias por posible fallo de la presa).
Las tomas: son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.
Las esclusas: permiten la navegación "a través" de la presa.
La escala o escalera de peces: permite la migración de los peces en sentido ascendente de la corriente (en algunos casos se instalan ascensores para peces).
Tipos de represas
Los diferentes tipos de represas responden a las necesidades que exige el empuje del agua, de su necesaria evacuacion, a las características del terreno y los usos que queramos darle al agua allí contenida.
Existe una gran cantidad de clasificación de los tipos de represas, dependiendo si son fijas o móviles, su forma de transmitir las fuerzas de carga a las que son sometidas y los materiales empleados a la hora de su construcción.
Clasificación según su estructura
Presa de gravedad
La presa de gravedad es aquella en la que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que este debe ser suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.
Dentro de las presas de gravedad existen:
De escollera o materiales sueltos: de tierra o suelo homogéneo, tierra zonificada, CFRD (enrocado con losa de hormigón) y otros.
De hormigón: tipo HCR (hormigón compactado con rodillos) y hormigón convencional.
Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie. De esta forma, el muro tendrá que soportar más presión en el lecho del cauce que en la superficie. La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.
Presa de arco
La presa de arco es aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que esta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón se necesita para su construcción. La primera presa de arco de la que se tiene noticia es situada en Vallon de Baume, realizada por los romanos cerca de Glanum (Francia).
Presa de bóveda
La presa de bóveda, doble arco, o arco de doble curvatura es aquella que tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores, que deben recurrir a sistemas constructivos poco comunes.
Luego existen las composiciones de estas mismas uniendo sus cualidades para reforzar o brindar mayor seguridad como lo son:
Presa de arco-gravedad
Presa de contrafuerte o bóveda múltiple
Cuando los taludes están demasiado separados, o cuando el material local es tan compacto que es casi imposible extraerlo, el diseño con contrafuertes permite crear un dique con un gran ahorro de material.
Según sus materiales
Presas de hormigón
La presas de hormigón son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con este material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material. Algunas presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo y de mampostería.
Presas de materiales sueltos
Las presas de materiales sueltos son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77 % de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno de tierra, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y los ripios.
Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles un elemento impermeabilizante. Además, estas estructuras resisten siempre por gravedad, pues la débil cohesión de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al terreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se ubica en el corazón del relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual se puede construir también en el centro del relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.
Presas de enrocamiento con cara de hormigón
Este tipo de presas en ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; pero su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto, que soporta a las losas de hormigón. Este tipo de estructura fue muy utilizado entre 1940 y 1950 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX, cuando fue retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización y equipos de construcción más eficientes.
Presas de madera
Las presas de madera se utilizaron ampliamente en la primera parte de la revolución industrial y en las zonas fronterizas debido a la facilidad y rapidez de su construcción. Rara vez se construyen en los tiempos modernos debido a su vida útil relativamente corta y a la altura limitada a la que pueden ser construidas. Las presas de madera deben mantenerse constantemente húmedas para mantener sus propiedades de retención de agua y limitar el deterioro por putrefacción, similar a un barril. Los lugares en los que resulta más económico construir presas de madera son aquellos en los que la madera es abundante, el cemento es costoso o difícil de transportar, requiere una presa de desviación de baja altura y la corta vida útil no es un problema. Las presas de madera fueron en su día bastante numerosas, especialmente en el oeste de América del Norte, pero la mayoría han acabado desapareciendo, se han ocultado bajo terraplenes de tierra o han sido reemplazadas por estructuras totalmente nuevas.
Presas de acero
Una presa de acero es un tipo de presa con el que se experimentó a principios del siglo XX y que utiliza chapa de acero (en ángulo) y vigas de carga como estructura. Destinadas a ser estructuras permanentes, las presas de acero fueron un experimento, que podría decirse que fracasó, para determinar si se podía concebir una técnica de construcción más barata que la mampostería, el hormigón o los movimientos de tierra, pero más resistente que las presas de madera.
Según su aplicación
Presas filtrantes
La presas filtrantes o diques de retención son aquellas que tienen la función de retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.
Presas de control de avenidas
Las presas de control de avenidas son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta.
Presas de derivación
Las presas de derivación son aquellas cuyo objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.
Presas de almacenamiento
Las presas de almacenamiento son aquellas cuyo objetivo principal de estas es retener el agua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.
Presas de relaves
Las presas de relaves son estructuras de retención de sólidos sueltos y líquidos de desecho, producto de la explotación minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantación. Por lo común son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volúmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidráulicas tienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema para extraer los líquidos.
Impacto ambiental de una represa
Los daños ambientales que causan las grandes represas en los ríos, las cuencas hidrográficas y los ecosistemas aledaños, han sido ampliamente documentados. De acuerdo con la Comisión Mundial de Represas (CMR), “las grandes represas en general producen una serie de impactos violentos… [que] son más negativos que positivos y, en muchos casos, han conducido a la pérdida irreversible de especies y ecosistemas” . Además, los esfuerzos implementados incluso mediante medidas de mitigación no han sido suficientes para contrarrestar dichos impactos. A través de los cinco estudios de casos, del análisis de experiencias a nivel mundial, y de estudios científicos, hemos encontrado que los impactos ambientales más frecuentes derivados de grandes represas se resumen en:
Empeoramiento de la calidad y salubridad de las aguas tanto río arriba como río abajo por la modificación artificial de las cuencas hidrográficas. Bloquear el flujo natural causa aumentos en la sedimentación, con acumulación de nutrientes y organismos que incitan la proliferación de algas, pudiendo cubrir la superficie del embalse e inutilizar su agua para el consumo doméstico e industrial. Los grandes embalses pueden también producir contaminación con sustancias o bacterias tóxicas que amenacen la salud pública.
• Degradación de los ecosistemas acuáticos, de hecho, las grandes represas son la principal causa física de esta degradación. Al menos 400,000 km2 de los ecosistemas ribereños más diversos del mundo, se han perdido al ser inundados para crear represas.
Impactos a la biodiversidad, por ejemplo afectaciones a especies de peces migratorios son muy graves por la construcción de grandes represas en sus hábitats, debido a que estas especies requieren una fuente de agua dulce fluida y no obstruida para poder procrear y desovar.
Impactos en el cambio climático por el aumento en la emisión de gases efecto invernadero causados por la descomposición de materia orgánica inundada por la obra. Asimismo, el cambio climático podría impactar la seguridad y productividad de las represas por cambios drásticos en precipitaciones y sequías.
Efectos sísmicos que las grandes represas y los embalses pueden producir por la alta presión del agua del embalse, lo cual puede lubricar las fallas tectónicas y reducir el rozamiento entre las superficies de las rocas subterráneas.
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