El agua es uno de nuestros recursos más naturales. Sin ella, no habría vida en la tierra. La hidrología ha evolucionado como ciencia en respuesta a la necesidad de comprender el complejo sistema hídrico de la tierra y ayudar a resolver los problemas del agua. Esta cartilla de hidrología le brinda información sobre el agua en la Tierra y la participación y el uso del agua por parte de los humanos.
La hidrología es el estudio del agua.
El agua es uno de nuestros recursos naturales más importantes. Sin ella, no habría vida en la tierra. El suministro de agua disponible para nuestro uso está limitado por la naturaleza. Aunque hay mucha agua en la tierra, no siempre está en el lugar adecuado, en el momento adecuado y de la calidad adecuada. Al problema se suma la creciente evidencia de que los desechos químicos descartados incorrectamente ayer están apareciendo en nuestros suministros de agua hoy.
La hidrología ha evolucionado como ciencia en respuesta a la necesidad de comprender los complejos sistemas de agua de la Tierra y ayudar a resolver los problemas del agua. Los hidrólogos juegan un papel vital en la búsqueda de soluciones a los problemas del agua, y hay carreras interesantes y desafiantes disponibles para aquellos que eligen estudiar hidrología.
Agua y gente
Las estimaciones del uso de agua en los Estados Unidos indican que se extrajeron alrededor de 408 mil millones de galones por día (mil millones de galones por día, abreviado Bgal/d) para todos los usos durante 2000. Este total ha variado menos del 3 por ciento desde 1985 debido a que las extracciones han estabilizada para los dos usos más importantes: energía termoeléctrica y riego. Las extracciones de agua dulce subterránea (83,3 Bgal/d) durante 2000 fueron un 14 por ciento más que durante 1985. Las extracciones de agua dulce superficial para 2000 fueron 262 Bgal/d, con una variación de menos del 2 por ciento desde 1985.
Gran parte de nuestro uso del agua está oculto. Piensa en lo que almorzaste. Una hamburguesa, por ejemplo, requiere agua para cultivar trigo para el panecillo, cultivar heno y maíz para alimentar al ganado y procesar el pan y la carne. Junto con papas fritas y un refresco, esta comida estadounidense usa alrededor de 1,500 galones de agua, suficiente para llenar una pequeña piscina.
¿Qué hay de tu ropa? Para cultivar algodón para un par de jeans se necesitan alrededor de 400 galones. Una camisa requiere alrededor de 400 galones. ¿Cómo llegas a la escuela oa la tienda? Para producir la cantidad de acero acabado en un automóvil, en el pasado se requerían alrededor de 32,000 galones de agua. De manera similar, el acero de una bicicleta de 30 libras requirió 480 galones. Esto demuestra que la industria debe seguir esforzándose por reducir el uso de agua mediante procesos de fabricación que utilicen menos agua y mediante el reciclaje del agua.
¿Qué es la Hidrología?
La hidrología es la ciencia que abarca la ocurrencia, distribución, movimiento y propiedades de las aguas de la tierra y su relación con el medio ambiente dentro de cada fase del ciclo hidrológico. el ciclo del agua, o ciclo hidrológico, es un proceso continuo mediante el cual el agua se purifica por evaporación y se transporta desde la superficie terrestre (incluidos los océanos) a la atmósfera y de regreso a la tierra y los océanos.
Todos los procesos físicos, químicos y biológicos que involucran al agua a medida que recorre sus diversos caminos en la atmósfera, sobre y debajo de la superficie terrestre y a través de las plantas en crecimiento, son de interés para quienes estudian el ciclo hidrológico. Hay muchos caminos que el agua puede tomar en su ciclo continuo de caer como lluvia o nevada y regresar a la atmósfera. Puede ser capturado durante millones de años en los casquetes polares.
Puede fluir a los ríos y finalmente al mar. Puede penetrar en el suelo para evaporarse directamente de la superficie del suelo a medida que se seca o ser transpirado por las plantas en crecimiento. Puede filtrarse a través del suelo a depósitos de agua subterránea (acuíferos) para almacenarse o puede fluir a pozos o manantiales o regresar a arroyos por filtración.
El ciclo del agua puede ser corto o puede llevar millones de años. La gente aprovecha el ciclo del agua para sus propios usos. El agua se desvía temporalmente de una parte del ciclo bombeándola del suelo o extrayéndola de un río o lago. Se utiliza para una variedad de actividades tales como hogares, negocios e industrias; para el riego de granjas y parques; y para la producción de energía eléctrica.
Después de su uso, el agua regresa a otra parte del ciclo: tal vez se descarga río abajo o se deja que penetre en el suelo. El agua usada normalmente es de menor calidad, incluso después del tratamiento, lo que a menudo plantea un problema para los usuarios río abajo. El hidrólogo estudia los procesos fundamentales de transporte para poder describir la cantidad y calidad del agua a medida que se mueve a través del ciclo (evaporación, precipitación, caudal, infiltración, caudal de agua subterránea y otros componentes).
El ingeniero hidrólogo, o ingeniero de recursos hídricos, está involucrado en la planificación, análisis, diseño, construcción y operación de proyectos para el control, utilización y gestión de los recursos hídricos. Los problemas de los recursos hídricos también preocupan a meteorólogos, oceanógrafos, geólogos, químicos, físicos, biólogos, economistas, politólogos, especialistas en matemáticas aplicadas e informática e ingenieros en diversas áreas. flujo de agua subterránea y otros componentes).
El ingeniero hidrólogo, o ingeniero de recursos hídricos, está involucrado en la planificación, análisis, diseño, construcción y operación de proyectos para el control, utilización y gestión de los recursos hídricos. Los problemas de los recursos hídricos también preocupan a meteorólogos, oceanógrafos, geólogos, químicos, físicos, biólogos, economistas, politólogos, especialistas en matemáticas aplicadas e informática e ingenieros en diversas áreas. flujo de agua subterránea y otros componentes).
El ingeniero hidrólogo, o ingeniero de recursos hídricos, está involucrado en la planificación, análisis, diseño, construcción y operación de proyectos para el control, utilización y gestión de los recursos hídricos. Los problemas de los recursos hídricos también preocupan a meteorólogos, oceanógrafos, geólogos, químicos, físicos, biólogos, economistas, politólogos, especialistas en matemáticas aplicadas e informática e ingenieros en diversas áreas.
¿Qué hacen los hidrólogos?
Los hidrólogos aplican conocimientos científicos y principios matemáticos para resolver problemas relacionados con el agua en la sociedad: problemas de cantidad, calidad y disponibilidad. Pueden estar preocupados por encontrar suministros de agua para ciudades o granjas de regadío, o por controlar las inundaciones de los ríos o la erosión del suelo. O bien, pueden trabajar en la protección del medio ambiente: prevenir o limpiar la contaminación o ubicar sitios para la eliminación segura de desechos peligrosos.
Las personas capacitadas en hidrología pueden tener una amplia variedad de títulos de trabajo. Los científicos e ingenieros en hidrología pueden participar tanto en investigaciones de campo como en trabajos de oficina. En el campo, pueden recopilar datos básicos, supervisar las pruebas de calidad del agua, dirigir equipos de campo y trabajar con equipos. Muchos trabajos requieren viajar, algunos al extranjero. Un hidrólogo puede pasar un tiempo considerable haciendo trabajo de campo en terrenos remotos y accidentados.
En la oficina, los hidrólogos hacen muchas cosas, como interpretar datos hidrológicos y realizar análisis para determinar posibles suministros de agua. Gran parte de su trabajo se basa en computadoras para organizar, resumir y analizar grandes cantidades de datos, y para modelar estudios como la predicción de inundaciones y las consecuencias de las descargas de los embalses o el efecto de las fugas en los tanques subterráneos de almacenamiento de petróleo.
El trabajo de los hidrólogos es tan variado como los usos del agua y puede abarcar desde la planificación de proyectos de agua interestatales multimillonarios hasta asesorar a los propietarios sobre los problemas de drenaje del patio trasero. y para estudios de modelado como la predicción de inundaciones y las consecuencias de las descargas de los embalses o el efecto de las fugas en los tanques subterráneos de almacenamiento de petróleo. El trabajo de los hidrólogos es tan variado como los usos del agua y puede abarcar desde la planificación de proyectos de agua interestatales multimillonarios hasta asesorar a los propietarios sobre los problemas de drenaje del patio trasero. y para estudios de modelado como la predicción de inundaciones y las consecuencias de las descargas de los embalses o el efecto de las fugas en los tanques subterráneos de almacenamiento de petróleo.
El trabajo de los hidrólogos es tan variado como los usos del agua y puede abarcar desde la planificación de proyectos de agua interestatales multimillonarios hasta asesorar a los propietarios sobre los problemas de drenaje del patio trasero.
Superficie del agua
La mayoría de las ciudades satisfacen sus necesidades de agua extrayéndola del río, lago o embalse más cercano. Los hidrólogos ayudan a las ciudades recopilando y analizando los datos necesarios para predecir la cantidad de agua disponible de los suministros locales y si será suficiente para satisfacer las necesidades futuras proyectadas de la ciudad. Para hacer esto, los hidrólogos estudian los registros de precipitaciones, la profundidad de la capa de nieve y los caudales de los ríos que recopilan y compilan los hidrólogos en varias agencias gubernamentales. Hacen un inventario de la medida en que el flujo del río ya está siendo utilizado por otros.
La gestión de los embalses puede ser bastante compleja, porque generalmente sirven para muchos propósitos. Los embalses aumentan la confiabilidad de los suministros de agua locales. Los hidrólogos utilizan mapas topográficos y fotografías aéreas para determinar dónde estarán las costas de los embalses y para calcular las profundidades y la capacidad de almacenamiento de los embalses. Este trabajo asegura que, incluso a su máxima capacidad, no se inundarían carreteras, vías férreas o viviendas.
Decidir cuánta agua liberar y cuánta almacenar depende de la época del año, las predicciones de caudal para los próximos meses y las necesidades de los regantes y las ciudades, así como de los usuarios de agua aguas abajo que dependen del embalse. Si el embalse también se usa para recreación o para generación de energía hidroeléctrica, se deben considerar esos requisitos.
Las decisiones deben coordinarse con otros administradores de embalses a lo largo del río. Los hidrólogos recopilan la información necesaria, la ingresan en una computadora y ejecutan modelos informáticos para predecir los resultados bajo diversas estrategias operativas. Sobre la base de estos estudios, los administradores de yacimientos pueden tomar la mejor decisión para los involucrados.
La disponibilidad de agua superficial para nadar, beber, industrial u otros usos a veces se ve restringida debido a la contaminación. La contaminación puede ser simplemente una molestia antiestética e inconveniente, o puede ser una amenaza invisible, pero mortal, para la salud de las personas, las plantas y los animales.
Los hidrólogos ayudan a los funcionarios de salud pública a monitorear los suministros públicos de agua para garantizar que se cumplan los estándares de salud. Cuando se descubre la contaminación, los ingenieros ambientales trabajan con los hidrólogos para diseñar el programa de muestreo necesario. Se debe monitorear la calidad del agua en estuarios, arroyos, ríos y lagos, y monitorear la salud de los peces, las plantas y la vida silvestre a lo largo de sus tramos.
El trabajo relacionado se refiere a la lluvia ácida y sus efectos sobre la vida acuática, y el comportamiento de metales tóxicos y químicos orgánicos en ambientes acuáticos. Los hidrólogos desarrollan y utilizan modelos matemáticos hidrológicos y de calidad del agua para la planificación y gestión y para predecir los efectos de las condiciones cambiantes en la calidad del agua. Análisis simples como pH , turbidez y oxígenoel contenido puede ser realizado por hidrólogos en el campo. Otros análisis químicos requieren equipos de laboratorio más sofisticados.
En el pasado, las aguas residuales municipales e industriales eran una fuente importante de contaminación para arroyos y lagos. Dichos desechos a menudo recibían un tratamiento mínimo o los desechos crudos se vertían en los ríos. Hoy, somos más conscientes de las consecuencias de tales acciones, y se deben invertir miles de millones de dólares en equipos de control de la contaminación para proteger las aguas de la tierra. Otras fuentes de contaminación son más difíciles de identificar y controlar. Estos incluyen sales de deshielo de carreteras, escorrentía de tormentas de áreas urbanas y tierras de cultivo, y erosión de sitios de construcción.
Agua subterránea
El agua subterránea, bombeada desde debajo de la superficie de la tierra, suele ser más barata, más conveniente y menos vulnerable a la contaminación que el agua superficial. Por lo tanto, se usa comúnmente para suministros públicos de agua. El agua subterránea proporciona la mayor fuente de almacenamiento de agua utilizable en los Estados Unidos. Los embalses subterráneos contienen mucha más agua que la capacidad de todos los embalses y lagos superficiales, incluidos los Grandes Lagos. En algunas áreas, el agua subterránea puede ser la única opción. Algunos municipios sobreviven únicamente con agua subterránea.
Los hidrólogos estiman el volumen de agua almacenada bajo tierra midiendo los niveles de agua en los pozos locales y examinando los registros geológicos de la perforación de pozos para determinar la extensión, la profundidad y el espesor de los sedimentos y las rocas que contienen agua. Antes de realizar una inversión en pozos de tamaño completo, los hidrólogos pueden supervisar la perforación de pozos de prueba.
Toman nota de las profundidades a las que se encuentra el agua y recogen muestras de suelos, rocas y agua para análisis de laboratorio. Pueden ejecutar una variedad de pruebas geofísicas en el pozo completado, manteniendo un registro preciso de sus observaciones y resultados de las pruebas. Los hidrólogos determinan la tasa de bombeo más eficiente mediante el seguimiento de la caída de los niveles de agua en el pozo bombeado y en sus vecinos más cercanos. Bombear el pozo demasiado rápido podría hacer que se seque o podría interferir con los pozos vecinos. A lo largo de la costa, el bombeo excesivo puede causar la intrusión de agua salada. Al graficar y analizar estos datos, los hidrólogos pueden estimar los rendimientos máximos y óptimos del pozo.
El agua subterránea contaminada es menos visible, pero más insidiosa y difícil de limpiar que la contaminación en ríos y lagos. La contaminación de las aguas subterráneas se debe con mayor frecuencia a la eliminación inadecuada de desechos en la tierra. Las principales fuentes incluyen productos químicos industriales y domésticos y vertederos de basura, lagunas de desechos industriales, relaves y aguas residuales de procesos de minas, pozos de salmuera de campos petroleros, tanques y tuberías de almacenamiento de petróleo subterráneos con fugas, lodos de aguas residuales y sistemas sépticos.
Los hidrólogos brindan orientación sobre la ubicación de los pozos de monitoreo alrededor de los sitios de eliminación de desechos y los toman muestras a intervalos regulares para determinar si los lixiviados no deseados (agua contaminada que contiene sustancias químicas tóxicas o peligrosas) están llegando a las aguas subterráneas. En áreas contaminadas, los hidrólogos pueden recolectar muestras de suelo y agua para identificar el tipo y el alcance de la contaminación. Luego, los datos químicos se trazan en un mapa para mostrar el tamaño y la dirección del movimiento de los desechos.
En situaciones complejas, el modelado por computadora del flujo de agua y la migración de desechos brinda orientación para un programa de limpieza. En casos extremos, las acciones correctivas pueden requerir la excavación del suelo contaminado. Hoy en día, la mayoría de las personas y las industrias se dan cuenta de que la cantidad de dinero que se invierte en prevención es mucho menor que en limpieza.
A menudo se consulta a los hidrólogos para seleccionar los sitios adecuados para las nuevas instalaciones de eliminación de desechos. El peligro de contaminación se minimiza al ubicar los pozos en áreas de aguas subterráneas profundas y suelos impermeables. Otras prácticas incluyen revestir el fondo de un vertedero con materiales impermeables, recolectar cualquier lixiviado con desagües y mantener la superficie del vertedero cubierta tanto como sea posible. Siempre es necesario un control cuidadoso.
Carreras en Hidrología
Los estudiantes que planean convertirse en hidrólogos necesitan un fuerte énfasis en matemáticas, estadística, geología, física, informática, química y biología. Además, se necesita suficiente experiencia en otros temas (economía, finanzas públicas, derecho ambiental, política gubernamental) para comunicarse con expertos en estos campos y comprender las implicaciones de su trabajo en hidrología.
Comunicarse claramente por escrito y de palabra es un requisito básico imprescindible para cualquier persona profesional. Los hidrólogos deben poder trabajar bien con las personas, no solo como parte de un equipo con otros científicos e ingenieros, sino también en relaciones públicas, ya sea asesorando a los líderes gubernamentales o informando al público en general sobre cuestiones relacionadas con el agua. La hidrología ofrece una variedad de opciones de carreras interesantes y desafiantes para hoy y mañana. Eso’