Parte I - Procesos Hidrológicos

Prologo para el libro…

Capítulos

• 1. Historia de la hidrología como ciencia
  • 1.1. Introducción
  • 1.2. Civilizaciones tempranas (3000 - 600 a.C.)
  • 1.3. La hidrología en el mundo medieval (600-1500 d.C.)
  • 1.4. La revolución científica y el ciclo hidrológico (siglos XVI-XVIII)
  • 1.5. El siglo XIX: la ingeniería y la hidrología aplicada
  • 1.6. El siglo XX: el nacimiento de la hidrología moderna
  • 1.7. La era contemporánea: La hidrología como ciencia del sistema terrestre
  • 1.8. Marco legal e institucional del agua en Chile
    • 1.8.1. Introducción
    • 1.8.2. Oferta y demanda de agua en Chile: contraste norte-sur
    • 1.8.3. El Código de Aguas de 1981
    • 1.8.4. Tipos de derechos de aprovechamiento de aguas en Chile
    • 1.8.5. Fragmentación institucional
    • 1.8.6. Reforma de 2005
    • 1.8.7. Reforma de 2022
  • 1.9. Conclusiones
  • 1.10. Verificación de aprendizaje
  • 1.11. References
• 2. Conceptos básicos
  • 2.1. Introducción
  • 2.2. Distribución del agua en la Tierra
  • 2.3. El ciclo hidrológico
  • 2.4. Cuenca hidrográfica
  • 2.5. Tipos de cuencas hidrográficas
  • 2.6. Regímenes hidrológicos
  • 2.7. Verificación de aprendizaje
  • 2.8. References
• 3. Marco legal e institucional del agua en Chile
  • 3.1. Introducción
  • 3.2. Oferta y demanda de agua en Chile: contraste norte-sur
  • 3.3. El Código de Aguas de 1981
  • 3.4. Tipos de derechos de aprovechamiento de aguas en Chile
  • 3.5. Fragmentación institucional
  • 3.6. Reforma de 2005
  • 3.7. Reforma de 2022
  • 3.8. Conclusiones
  • 3.9. Verificación de aprendizaje
  • 3.10. References
• 4. Agua en la atmósfera
  • 4.1. Introducción
  • 4.2. Tiempo atmosférico y clima
  • 4.3. Variables utilizadas para caracterizar el tiempo y el clima
  • 4.4. Humedad atmosférica y ley de Clausius-Clapeyron
  • 4.5. Composición y capas de la atmosférica
    • 4.5.1. Composición atmosférica
    • 4.5.2. Capas de la atmósfera
  • 4.6. Altitud, temperatura del aire y presión atmosférica
  • 4.7. Leyes de conservación que rigen el movimiento atmosférico
  • 4.8. Perspectiva integradora
  • 4.9. Verificación de aprendizaje
  • 4.10. References
• 5. Circulación atmosférica global
  • 5.1. Introducción
    • 5.1.1. Escalas espaciales de la circulación atmosférica
    • 5.1.2. Circulación atmosférica e hidrología
  • 5.2. Redistribución de calor y energía en la Tierra
    • 5.2.1. Desbalance de energía entre el ecuador y los polos
    • 5.2.2. Modulación estacional de la circulación atmosférica
  • 5.3. Fuerzas que controlan el movimiento atmosférico
    • 5.3.1. Fuerza del gradiente de presión
    • 5.3.2. Fuerza de Coriolis
    • 5.3.3. Fuerza centrífuga
    • 5.3.4. Resistencia turbulenta y capa límite atmosférica
    • 5.3.5. Advección: transporte de momentum
    • 5.3.6. Balances de fuerzas
    • 5.3.7. Implicaciones para la circulación atmosférica
  • 5.4. El motor convectivo de la atmósfera
    • 5.4.1. Procesos adiabáticos
    • 5.4.2. Liberación de calor latente
  • 5.5. Modelos idealizados de circulación atmosférica
    • 5.5.1. Modelo de celda única
    • 5.5.2. Efecto de la rotación terrestre
    • 5.5.3. El modelo de tres celdas
    • 5.5.4. Principales vientos globales
    • 5.5.5. Corrientes en chorro y ondas de Rossby
  • 5.6. Circulación atmosférica real
    • 5.6.1. Cambios estacionales
    • 5.6.2. Principales sistemas de presión
    • 5.6.3. Influencia de la topografía
    • 5.6.4. Interacciones atmósfera-océano
  • 5.7. Oscilaciones climáticas de gran escala
    • 5.7.1. El Niño-Oscilación del Sur (ENSO)
    • 5.7.2. La Oscilación Decadal del Pacífico (PDO)
    • 5.7.3. El Modo Anular del Sur (SAM)
    • 5.7.4. La Oscilación Madden-Julian (MJO)
    • 5.7.5. Impacto combinado de ENSO, PDO, SAM y MJO en el hidroclima de Chile
  • 5.8. Impactos en el clima y los recursos hídricos
  • 5.9. Conclusión
  • 5.10. Verificación de aprendizaje
  • 5.11. References
• 6. Clasificación climática
  • 6.1. Introducción
  • 6.2. El clima como propiedad de un sistema
    • 6.2.1. Tiempo, clima y normal climatológica
    • 6.2.2. Componentes, elementos y factores
    • 6.2.3. Escalas espaciales y temporales
  • 6.3. Principales factores que determinan el clima
    • 6.3.1. Latitud y geometría solar
    • 6.3.2. Altitud, relieve y orientación
    • 6.3.3. Continentalidad e influencia marítima
    • 6.3.4. Circulación general y masas de aire
    • 6.3.5. Corrientes oceánicas y temperatura superficial del mar
    • 6.3.6. Cobertura del suelo y acción humana
    • 6.3.7. Interacciones: ningún factor actúa solo
  • 6.4. Factores que controlan el clima de Chile
    • 6.4.1. Una geografía singular
    • 6.4.2. Latitud y migración estacional
    • 6.4.3. Océano Pacífico y corriente de Humboldt
    • 6.4.4. Cordilleras, barlovento y sotavento
    • 6.4.5. Vientos del oeste, frentes y Patagonia
    • 6.4.6. Altiplano y lluvias estivales
    • 6.4.7. Modos de variabilidad climática
    • 6.4.8. Cambio climático en Chile
  • 6.5. El climograma: síntesis visual del clima
    • 6.5.1. Definición y propósito
    • 6.5.2. Construcción mínima
    • 6.5.3. Secuencia de lectura
    • 6.5.4. Climograma e índice de aridez
    • 6.5.5. Limitaciones
  • 6.6. Por qué y cómo se clasifica el clima
    • 6.6.1. Clasificaciones empíricas y genéticas
    • 6.6.2. Origen de Köppen-Geiger
  • 6.7. Variables requeridas y estaciones del año
  • 6.8. Algoritmo de clasificación de Köppen-Geiger
    • 6.8.1. El orden importa
    • 6.8.2. Paso 1: umbral de aridez y grupo B
    • 6.8.3. Paso 2: grupos térmicos A, C, D y E
    • 6.8.4. Paso 3: segunda y tercera letras
    • 6.8.5. Las 30 subclases
  • 6.9. Ejemplo resuelto: clasificación de Mataveri
  • 6.10. Distribución de Köppen-Geiger en Chile
    • 6.10.1. Chile continental
    • 6.10.2. Territorios insulares
    • 6.10.3. Macrozonas hidroclimáticas
  • 6.11. Relevancia de Köppen-Geiger para la hidrología
    • 6.11.1. Usos apropiados
    • 6.11.2. De clima a respuesta de cuenca
    • 6.11.3. Clasificación hidrológica complementaria
    • 6.11.4. Limitaciones para decisiones de ingeniería
  • 6.12. Mapas de alta resolución y condiciones futuras
    • 6.12.1. Diseño del producto
    • 6.12.2. Exactitud y confianza
    • 6.12.3. Cambios proyectados
    • 6.12.4. Uso hidrológico responsable
  • 6.13. Flujo de trabajo para una aplicación
    • 6.13.1. 1. Definir la pregunta
    • 6.13.2. 2. Seleccionar el período
    • 6.13.3. 3. Preparar los datos
    • 6.13.4. 4. Calcular variables derivadas
    • 6.13.5. 5. Aplicar el árbol en orden
    • 6.13.6. 6. Verificar fronteras
    • 6.13.7. 7. Traducir a hipótesis hidrológicas
  • 6.14. Errores frecuentes
  • 6.15. Actividades de aprendizaje
    • 6.15.1. Actividad 1: explicar un contraste
    • 6.15.2. Actividad 2: leer un climograma
    • 6.15.3. Actividad 3: ejecutar el algoritmo
    • 6.15.4. Actividad 4: comparar convenciones
    • 6.15.5. Actividad 5: cuenca heterogénea
    • 6.15.6. Actividad 6: cambio de clase
    • 6.15.7. Actividad 7: decisión de ingeniería
  • 6.16. Síntesis
  • 6.17. Verificación de aprendizaje
  • 6.18. References
• 7. Precipitación
  • 7.1. Introducción
  • 7.2. Fundamentos físicos
    • 7.2.1. Del vapor a la nube
    • 7.2.2. Nubes y estructura vertical
    • 7.2.3. Colisión y coalescencia en nubes cálidas
    • 7.2.4. Proceso Bergeron-Findeisen y crecimiento del hielo
    • 7.2.5. Conversión a intensidad y acumulación
  • 7.3. Mecanismos de ascenso y tipos de precipitación
    • 7.3.1. Precipitación convectiva
    • 7.3.2. Precipitación orográfica
    • 7.3.3. Precipitación ciclónica o frontal
    • 7.3.4. Precipitación en Chile
    • 7.3.5. Formas de precipitación
  • 7.4. Medición de la precipitación
    • 7.4.1. Pluviómetros y pluviógrafos
    • 7.4.2. Nivómetros y medición de nieve
    • 7.4.3. Radar meteorológico
    • 7.4.4. Satélites
    • 7.4.5. Reanálisis y productos fusionados
  • 7.5. Fuentes de datos mundiales y para Chile
    • 7.5.1. Cómo seleccionar una fuente
    • 7.5.2. Datos in situ mundiales
    • 7.5.3. Productos grillados globales
    • 7.5.4. Fuentes in situ en Chile
    • 7.5.5. Productos grillados para Chile
    • 7.5.6. Trazabilidad mínima
  • 7.6. Control de calidad
    • 7.6.1. Principio general
    • 7.6.2. Inventario y metadatos
    • 7.6.3. Pruebas de integridad
    • 7.6.4. Consistencia temporal
    • 7.6.5. Consistencia espacial
    • 7.6.6. Homogeneidad
    • 7.6.7. Relleno de datos faltantes
  • 7.7. Análisis exploratorio
    • 7.7.1. Disponibilidad y completitud
    • 7.7.2. Estadísticos de ocurrencia y cantidad
    • 7.7.3. Gráficos esenciales
    • 7.7.4. Dependencia temporal y espacial
    • 7.7.5. Tendencias y no estacionariedad
    • 7.7.6. Comparación de productos
  • 7.8. Precipitación areal e interpolación espacial
    • 7.8.1. Del punto a la cuenca
    • 7.8.2. Promedio aritmético
    • 7.8.3. Polígonos de Thiessen
    • 7.8.4. Isoyetas
    • 7.8.5. Inverso de la distancia
    • 7.8.6. Kriging y regresión-kriging
    • 7.8.7. Fusión con radar, satélite o reanálisis
    • 7.8.8. Productos grillados como alternativa operacional
    • 7.8.9. Validación cruzada
  • 7.9. Magnitudes hidrológicas derivadas
    • 7.9.1. Módulo y normales climatológicas
    • 7.9.2. Tormentas de diseño e IDF
    • 7.9.3. Hietogramas de diseño
    • 7.9.4. Índices de sequía y extremos
  • 7.10. Aplicaciones en ingeniería civil
    • 7.10.1. Drenaje urbano y vial
    • 7.10.2. Control de inundaciones
    • 7.10.3. Embalses y abastecimiento
    • 7.10.4. Hidroelectricidad y operación
    • 7.10.5. Estabilidad de laderas y erosión
    • 7.10.6. Construcción y geotecnia
    • 7.10.7. Infraestructura resiliente
  • 7.11. Flujo de trabajo reproducible
    • 7.11.1. Etapa 1: formular la decisión
    • 7.11.2. Etapa 2: construir el inventario
    • 7.11.3. Etapa 3: armonizar
    • 7.11.4. Etapa 4: controlar y explorar
    • 7.11.5. Etapa 5: modelar el espacio
    • 7.11.6. Etapa 6: propagar incertidumbre
    • 7.11.7. Etapa 7: comunicar
  • 7.12. Ejemplo conceptual integrado
  • 7.13. Errores frecuentes
  • 7.14. Actividades de aprendizaje
    • 7.14.1. Actividad 1: de tormenta a volumen
    • 7.14.2. Actividad 2: diagnóstico de calidad
    • 7.14.3. Actividad 3: producto apropiado
    • 7.14.4. Actividad 4: validación espacial
    • 7.14.5. Actividad 5: decisión de ingeniería
  • 7.15. Síntesis
  • 7.16. Verificación de aprendizaje
  • 7.17. References
• 8. Evaporación
  • 8.1. Introducción
  • 8.2. El proceso de evaporación en el ciclo hidrológico
    • 8.2.1. Evaporación, transpiración e intercepción
    • 8.2.2. Cambio de fase y requerimiento energético
    • 8.2.3. Tres requisitos y controles acoplados
  • 8.3. Fundamentos físicos de la radiación
    • 8.3.1. Espectro electromagnético y leyes de emisión
    • 8.3.2. Geometría solar y radiación extraterrestre
    • 8.3.3. Transmisión atmosférica y onda corta superficial
    • 8.3.4. Onda larga, albedo y radiación neta
  • 8.4. Balance de energía en la superficie
    • 8.4.1. Flujos sensible, latente y del suelo
    • 8.4.2. Resistencias, advección y retroalimentación
  • 8.5. Distribución temporal y espacial
    • 8.5.1. Ciclos diurno, estacional e interanual
    • 8.5.2. Latitud, topografía, cobertura y agua disponible
    • 8.5.3. Demanda atmosférica, sequía y cambio climático
  • 8.6. Medición y estimación de la evaporación
    • 8.6.1. Instrumentos directos y soporte espacial
    • 8.6.2. Métodos de energía, aerodinámicos y de combinación
    • 8.6.3. Productos globales de evaporación
    • 8.6.4. Balances, teledetección e integración de evidencias
  • 8.7. Marco de Budyko: balance de agua y energía
    • 8.7.1. Hipótesis, índices y límites físicos
    • 8.7.2. Familias de curvas y ecuación de Fu
    • 8.7.3. Interpretación del parámetro omega y desviaciones
    • 8.7.4. Elasticidad, cambio climático y aplicaciones
  • 8.8. Ejemplo de aplicación anual
    • 8.8.1. Cálculo paso a paso
    • 8.8.2. Estacionalidad, almacenamiento y prueba de supuestos
  • 8.9. Síntesis y guía de aplicación
  • 8.10. Verificación de aprendizaje
  • 8.11. Referencias
• 9. Escorrentía Superficial
  • 9.1. Introducción
  • 9.2. Definiciones, unidades y balance
    • 9.2.1. Escorrentía, caudal y lámina equivalente
    • 9.2.2. Balance de agua y coeficientes de escorrentía
    • 9.2.3. Precipitación efectiva, abstracciones y producción
  • 9.3. Mecanismos de generación de escorrentía
    • 9.3.1. Exceso de infiltración o flujo hortoniano
    • 9.3.2. Exceso de saturación y flujo de retorno
    • 9.3.3. Flujo subsuperficial, rutas preferenciales y desplazamiento
    • 9.3.4. Coexistencia de mecanismos y diagnóstico de campo
  • 9.4. Organización espacial de la respuesta
    • 9.4.1. Áreas fuente variables, almacenamiento y conectividad
    • 9.4.2. Controles topográficos, edáficos, geológicos y antrópicos
    • 9.4.3. Escala, red de drenaje y enrutamiento
  • 9.5. Distribución temporal del caudal
    • 9.5.1. Hidrograma de evento y tiempos característicos
    • 9.5.2. Retardos, memoria e histéresis
    • 9.5.3. Variación diaria, estacional e interanual
    • 9.5.4. Curva de duración e indicadores de excedencia
  • 9.6. Componentes del hidrograma y flujo base
    • 9.6.1. Métodos gráficos y análisis de recesión
    • 9.6.2. Filtros digitales e índice de flujo base
    • 9.6.3. Incertidumbre e interpretación física
  • 9.7. Observación y medición de caudal
    • 9.7.1. Estación fluviométrica, nivel y curva de gasto
    • 9.7.2. Aforos por área-velocidad, dilución y estructuras
    • 9.7.3. Muestreo, extrapolación y control de calidad
  • 9.8. Distribución espacial y cuencas sin aforo
    • 9.8.1. Caudal específico y transposición por área
    • 9.8.2. Similitud hidrológica, regionalización y validación
  • 9.9. Conjuntos de datos de caudal
    • 9.9.1. Conjuntos de datos globales
    • 9.9.2. Conjuntos de datos chilenos
  • 9.10. Coeficientes de escorrentía anual y por evento
    • 9.10.1. Definición, unidades y coeficiente anual
    • 9.10.2. Coeficiente de escorrentía de evento
    • 9.10.3. Controles, incertidumbre y uso responsable
  • 9.11. Relevancia para las aplicaciones
    • 9.11.1. De la señal hidrológica a la variable de decisión
    • 9.11.2. Ejemplo integrado a escala de cuenca
  • 9.12. Síntesis y guía de aplicación
  • 9.13. Verificación de aprendizaje
  • 9.14. Referencias