Un balance hídrico es un análisis de las entradas y salidas de agua en un sector de una cuenca a lo largo del tiempo, teniendo en cuenta los cambios en el almacenamiento interno bajo diferentes escenarios.

Un medio para solucionar problemas hidrológicos teóricos y prácticos. A partir de un balance hídrico es posible hacer evaluación cuantitativa de los recursos de agua y sus modificaciones por actividades humanas. El conocimiento de la estructura del balance hídrico de lagos, cuencas superficiales y cuencas subterráneas, es fundamental para:

Uso racional de recursos de agua en el espacio y en el tiempo, Mejorar el control y redistribución de los mismos (trasvases de cuencas, control de máximas crecidas, etc.) Ayuda en la predicción de consecuencias de cambios artificiales en régimen de ríos, lagos y cuencas subterráneas. La información que proporciona el balance hídrico de cuencas de ríos y lagos para cortos períodos de tiempo (estaciones, meses, semanas y días) se utiliza para explotación de embalses y predicciones hidrológicas.

Con los datos del balance hídrico es posible comparar recursos específicos de agua en un sistema, en diferentes períodos de tiempo, y establecer grado de su influencia en las variaciones del régimen natural. Después del análisis inicial, utilizado para estimar componentes del balance hídrico y su ajuste en la ecuación, es posible detectar deficiencias en distribución de estaciones de observación y descubrir errores sistemáticos de medición. Finalmente, el conocimiento del balance hídrico permite evaluación indirecta de cualquier componente desconocido dentro de él, por diferencia entre los componentes conocidos; por ejemplo, evaporación a largo plazo, en una cuenca de un río, puede calcularse por diferencia entre la precipitación y el caudal.

Los parámetros del balance tienen validez particular en ingeniería hidráulica.Las condiciones y procesos del agua que pueden proporcionar “servicios ambientales” sólo pueden definirse cuando se entienda su funcionamiento.El balance hídrico sólo examina volúmenes de agua en un tiempo dado y se usa en zonas geográficas con límites arbitrarios.No establece condiciones y procesos de participación del agua subterránea.No es una herramienta que permita definir interacciones entre agua superficial y subterránea en:

Términos del funcionamiento de ecosistemasRespuesta ambiental (hundimiento, inundación, problemas de salud, erosión, pérdida de vegetación, etc.)

El agua subterránea es un agente geológico y por lo tanto, con memoria de los procesos ocurridos en un espacio y tiempo particulares.El balance es válido para determinar caudal de “disponibilidad”, no para conocer funcionamiento de agua superficial y subterránea, servicios ambientales, etc.El balance está condicionado a calidad y cantidad de información y es difícil ratificar los valores encontrados.Aunque pudiera ser exacto un balance: La recarga estimada no necesariamente es la cantidad de agua que se puede usar (una parte va a los ecosistemas)No define las zonas de recarga, su jerarquía y procesos involucradosNo determina las zonas de descarga su jerarquía y vulnerabilidadNo indica la realidad de cómo y dónde extraen agua los ecosistemasNo indica conexión entre agua superficial y subterránea y del flujo subterráneo intracuencas No indica cuál es la respuesta ambiental a la extracción No da indicio de la respuesta en el agua subterránea a cambios en ambiente externo

La variación en el almacenamiento está definida como la diferencia entre lo que entra y lo que sale, definida para un volumen de control.Volumen de control: Porción de corteza terrestre a la cual se le va a determinar la variación en el almacenamiento.

En esta ecuación, el diferencial representa el cambio en el almacenamiento, I

representa el total de las entradas y O el total de las salidas.

Agua Superficial: P + Qin - Qout + Qgin - Qgout - Es – I = ΔSsAgua Subterránea: I - Gin - Gout + Ts = ΔSg

CAMBIO DE ALMACENAMIENTO (∆S):CAMBIO DE ALMACENAMIENTO (∆S):Almacenamiento de aguas subterráneasAlmacenamiento por cambio de humedad del sueloAlmacenamiento superficial en embalses y en canales; propia de escorrentía superficial.

Entradas (I):Entradas (I):PrecipitaciónImportaciones de agua (aguas residuales, descargas de hidroeléctricas, etc.)Escorrentía superficial desde otras cuencas u hoyasAguas subterráneas desde otras cuencas u hoyas.

Salidas (O):Salidas (O):EvaporaciónTranspiración Escorrentía superficial hacia otras hoyas (p.ej. el mar)Agua subterránea hacia otras cuencas u hoyas.Infiltración Exportaciones de agua (agricultura, acueductos, industria, etc.)

P – Q – G – E – T = ΔSEl balance hídrico, como se observa en la ecuación anterior retoma toda el agua que atraviesa las barreras del volumen de control, o sea que tiene en cuenta tanto el agua superficial como la subterránea. Sin embargo, en términos prácticos lo que se hace normalmente es determinar el balance del agua superficial, es decir obtener valores de precipitación, evaporación, transpiración, escorrentía y de aguas superficiales para una zona dada.

El balance hídrico, como se observa en la ecuación anterior retoma toda el agua que atraviesa las barreras del volumen de control, o sea que tiene en cuenta tanto el agua superficial como la subterránea. Sin embargo, en términos prácticos lo que se hace normalmente es determinar el balance del agua superficial, es decir obtener valores de precipitación, evaporación, transpiración, escorrentía y de aguas superficiales para una zona dada..

14

P - Q - G - ET - P - Q - G - ET - S = 0S = 0Donde:P = Precipitación;Q = Caudal superficial;G = Caudal subterráneo;ET = Evapotranspiración;S = Cambio en humedecimiento

QD

IM

QV

EP

I

Qa

Qa+P=QV+QD+I+IM+E+S

S

16

Para un cierto intervalo de tiempo, ecuación de balance hidrológico para una región involucra todos los componentes del ciclo hidrológico.

P

ET

R1Q1

QZ1

Q2

QZ2

RZ

ZDZ

R2

P+Q1+R1+QZ1=R2+ET+Q2+QZ2±H±Z

QZ1+RZ=QZ2+DZ ± H ± Z

18

P + QP + Qsasa + Q + Qzaza = E + ET + I + Q = E + ET + I + Qsese + Q + Qzeze + + SSLL + + SSSS + + SSzz + + SSNN

* Donde:

P = Precipitación media

Qsa = Caudales superficiales afluentes a cuenca

X = Y + dS/dtX = Y + dS/dt

"X" representa insumos o entradas al sistema por unidad de tiempo, "Y" las salidas por unidad de tiempo y dS/dt es la tasa de variación con el tiempo del almacenamiento de masa o volumen en el sistema.

Qza = Caudales subterráneos afluentes E = Evaporación media desde superficies de agua libre ET = Evapotranspiración media I = Retención de la precipitación por intercepción de la vegetación Qse= Caudales superficiales efluentes de cuenca Qze = Caudales subterráneos efluentes SL= Variación en período, de volúmenes de agua almacenada superficialmente (lagos, embalses, lagunas, depresiones superficiales del terreno, etc) SS= Variación del volumen de agua almacenada en suelos no saturados (en forma de humedad del suelo)Sz = Variación del almacenamiento subterráneo en acuíferos SN = Variación del agua almacenada en nieves y glaciares

SISTEMA SUELO-AGUA-PLANTASISTEMA SUELO-AGUA-PLANTA

PP

In

In

IH

Pf

Z

EI1 EI2

ES1ES2

Napa subterránea

ET

Zona radicular

Zona de percolación

ET

P + EI1 + ES1 = ET + EI2 + ES2 + In + H + Z

ENTRADAS

SALIDAS

VARIACIONES ALMACENAMIENTO

22

Balance en superficie

Entradas (E):•Precipitación •Importaciones de agua•Escorrentía superficial desde otras cuencas•Aguas subterráneas desde otras cuencas

Salidas (S)• Evaporación•Transpiración•Escorrentía superficial hacia otras cuencas•Exportación de agua•Agua subterránea hacia otras cuencas•Infiltración (pasa a escorrentía subsuperficial)

Cambio de almacenamiento (∆A)• Almacenamiento de aguas subterráneas•Almacenamiento por cambio de humedad del suelo•Almacenamiento superficial en embalses canales y en la escorrentía superficial

E – S = [∆A/∆T] E – S = [∆A/∆T]

ΔV = (Cp + Ar + Re + Im) − (Ab +U + Ev + Ex) Donde:ΔV : Variación de volumen,Cp : Escurrimiento natural por cuenca propia,Ar : Escurrimiento aguas arriba,Re: Retornos de agua,Im : Importaciones desde cuencas vecinas,Ab: Escurrimiento a la salida de la cuenca (aguas abajo),U: Usos del agua,Ev: Evaporación en cuerpos de agua, yEx: Exportaciones hacia cuencas vecinas.

ΔV = (Cp + Ar + Re + Im) − (Ab +U + Ev + Ex) Donde:ΔV : Variación de volumen,Cp : Escurrimiento natural por cuenca propia,Ar : Escurrimiento aguas arriba,Re: Retornos de agua,Im : Importaciones desde cuencas vecinas,Ab: Escurrimiento a la salida de la cuenca (aguas abajo),U: Usos del agua,Ev: Evaporación en cuerpos de agua, yEx: Exportaciones hacia cuencas vecinas.

I + Ri + Es − ETz − Sm − B = ΔV

Donde:I :Infiltración-recarga de agua de lluviaRi: Recarga inducida: retornos de riego, fugas en los sistemas de abastecimiento de agua de las zonas urbanas Es: Entradas de agua al sistema por flujo lateral subterráneo proveniente de las fronteras de la zona de balance y por otros acuíferosEtz: Evapotranspiración de la zona saturadaSm: Salida de agua por manantialesB: Extracción de agua subterránea por bombeoΔV: Cambio en el volumen almacenado

I + Ri + Es − ETz − Sm − B = ΔV

Donde:I :Infiltración-recarga de agua de lluviaRi: Recarga inducida: retornos de riego, fugas en los sistemas de abastecimiento de agua de las zonas urbanas Es: Entradas de agua al sistema por flujo lateral subterráneo proveniente de las fronteras de la zona de balance y por otros acuíferosEtz: Evapotranspiración de la zona saturadaSm: Salida de agua por manantialesB: Extracción de agua subterránea por bombeoΔV: Cambio en el volumen almacenado

AGUAS SUPERFICIALESAGUAS SUPERFICIALES AGUAS SUBTERRÁNEASAGUAS SUBTERRÁNEAS