Balance Hídrico Nacional

Para poder estudiar y determinar en forma cuantitativa todos estos procesos físicos que contribuyen a la formación y a la variación espacio- temporal del recurso hídrico en una zona determinada, se utiliza el balance hídrico, formulación matemática de la interrelación y distribución espacial del agua en sus diferentes fases.

El balance hídrico se basa en la ley física universal de conservación de masas y representa una de las herramientas de mayor uso en la práctica hidrológica; expresa la equivalencia entre los aportes de agua que entran por un lado en una unidad hidrográfica determinada y la cantidad de agua que se evacua por el otro, considerando además las variaciones internas en el almacenamiento de humedad ocurridas durante un periodo de tiempo determinado.

Los balances hídricos, tanto globales como regionales permiten determinar la disponibilidad hídrica natural de las áreas en consideración y conocer el comportamiento de la oferta de agua, bien sea superficial o subterránea, a través del estudio de las diferentes fases del ciclo hidrológico.

La oferta hídrica se determina fundamentalmente cuantificando los términos de la ecuación del balance hídrico, aplicación del principio de conservación de masa, también conocida como ecuación de continuidad.

Se establece que, para cualquier volumen y durante un determinado tiempo, la diferencia entre las entradas y las salidas de agua está condicionada por la variación del volumen almacenado.

Las entradas en la ecuación del balance hídrico tienen que ver principalmente la precipitación (P), en forma de lluvia o eventualmente en forma de nieve, recibida realmente en la superficie del suelo, mientras que las salidas en la ecuación incluyen: la evapotranspiración real (ETR), que involucra a la evaporación desde la superficie del suelo y desde una masa de agua; la transpiración de las plantas y la intercepción de agua por parte de la vegetación; en la evapotranspiración también pueden estar incluidos los parámetros de variación de humedad del suelo (Hsuelo) y la variación de humedad en la vegetación por intercepción (Hveg).

Otro factor de salida son las corrientes de agua superficial en forma de escorrentía superficial (Escsup), representada por la producción hídrica que fluye superficialmente en un área determinada, y la subterránea (Escsup), proveniente de un acuífero o que surge en el cauce a través de una fuente.

Cuando las entradas superan las salidas, el volumen de agua almacenada (DS) aumenta, y en caso contrario, disminuye. Este término adquiere importancia cuando los cuerpos de agua y los acuíferos son de tamaño considerable.

Debe anotarse que la definición exacta de los componentes del balance hídrico implica la introducción en la ecuación de un término residual de discrepancia (Der), encargado de recoger los errores sistemáticos y la influencia de factores desconocidos que puedan afectarlo significativamente.

P – Esc (sup) – Esc (sub) – ETR – Hsuelo – Hveg ± DS ± Der = 0 La ecuación del balance hídrico se simplifica hasta incluir solamente a la precipitación (P), la escorrentía (Escsup), la evapotranspiración real (ETR) y el término residual de discrepancia (Der), ya que la variación de los almacenamientos de los cuerpos de agua y las salidas y entradas del agua subterránea se compensan durante un año.

Por esta razón, la ecuación simplificada del balance hídrico es:

P – Esc (sup) – ETR ± Der = 0

En la actualización del balance hídrico nacional se tuvo en cuenta también la evaluación de la precipitación, la evapotranspiración potencial, la temperatura, la escorrentía superficial y la evapotranspiración real, basada en las series históricas de más de 400 estaciones hidrológicas, 2000 pluviométricas (de precipitación) y 300 meteorológicas. Con estos parámetros interrelacionados se determinó el comportamiento de las diferentes fases del ciclo hidrológico, cuantificando la disponibilidad del recurso hídrico para las regiones del país.

Los mapas temáticos obtenidos y analizados para todo el país dentro del balance hídrico fueron construidos en general a escala 1:1’500.000, pero en regiones como la cuenca Magdalena-Cauca, donde la densidad de la red hidrometeorológica es mayor, la resolución garantiza una precisión equivalente a una escala de 1: 500.000. Con este criterio se calculó el balance hídrico general, que permite conocer en forma global el potencial hídrico del país.

Con los valores de precipitación obtenidos a partir de las observaciones y mediciones de la red pluviométrica y pluviográfica distribuida en todo el territorio, se generó el mapa de isoyetas medias anuales; en tanto que con la información hidrológica, incluidas las características fisiográficas y morfométricas de los sistemas hidrográficos, se elaboraron las isolíneas de rendimiento y de escorrentía, que caracterizan áreas hidrológicamente homogéneas.

Dentro de los métodos conocidos y avalados por la UNESCO están aquellos que determinan la evapotranspiración real (ETR) con fórmulas empíricas, utilizando parámetros meteorológicos obtenidos de observaciones directas o estimándolas mediante la diferencia entre la precipitación y la escorrentía. Para lograr en el país una aproximación global con la información disponible, se adoptó la segunda metodología, ya que las fórmulas empíricas para la estimación de la ETR daban errores superiores al 15% y por ende se tenía la garantía suficiente.

Como resultado del balance, se estimó el índice de aridez como una característica cualitativa del clima, que muestra en mayor o menor grado la insuficiencia de los volúmenes precipitados para mantener la vegetación; por esta circunstancia suele llamarse también ‘déficit de agua’. En el mapa de excedentes y disponibilidad deficitaria de agua, o del índice de aridez, se clasifican 45 cuencas con los valores que las caracterizan, desde altamente deficitarias de agua hasta con excedentes importantes (mapa 1).

Este índice se obtuvo, de acuerdo con la metodología escogida, a partir de la siguiente expresión:

Ia = (ETP-ETR)/ETP

Donde:
Ia: índice de aridez
ETP: evapotraspiración potencial (mm)
ETR: evotranspiración real (mm)

Como producto de la interrelación de las variables hidrológicas analizadas en el balance hídrico, se establecieron cinco condiciones cualitativas que muestran el grado de disponibilidad de agua en las diferentes regiones del país delimitadas cartográficamente (mapa 1). Los indicadores del índice de aridez propuestos para cada cuenca se establecieron de acuerdo con las siguientes categorías:

Categoría Índice de aridez

Cuencas altamente deficitarias de agua > 0.60
Cuencas deficitarias 0.50 – 0.59
Cuencas entre normales y deficitarias Cuencas normales 0.30 – 0.39
Cuencas con excedentes < 0.15

En cuanto a la estimación de la oferta de agua subterránea en el país, está basada en la evaluación de las cinco grandes provincias hidrogeológicas, cada una con características hidrológicas, geológicas y geomorfológicas particulares, y pertenecientes a una o varias cuencas hidrográficas con límites hidrogeológicos generales. Cabe recordar que los estudios sobre agua subterránea no abarcan más de 15% del territorio nacional y corresponden a áreas donde se explota actualmente este tipo de recurso.

Para el balance hídrico en las cuencas y sistemas hidrográficos debe considerarse en el cálculo general la inclusión de la zona no saturada (acuífero superior no confinado), por hallarse en la zona de intercambio activo.

En cuanto a la infiltración total, es posible considerarla formada por dos fracciones: una que sirve para renovar el almacenamiento de agua en la zona de aireación y otra, denominada infiltración eficaz, que alimenta las aguas subterráneas; de esta última, una parte alimenta el caudal de los cursos de agua (donde exista conexión hidráulica) como caudal de base.

Adicionalmente, es necesario considerar otros elementos adicionales, como es el caso de los aportes a la cuenca provenientes de otras cuencas, ya sea por vía superficial o subterránea, sin olvidar que no siempre la divisoria de aguas de la cuenca hidrográfica se corresponde con los límites de los acuíferos. En consecuencia, estos aportes están ligados principalmente a las estructuras hidrogeológicas.

Si bien existe flujo de agua hacia las capas profundas, el tiempo de circulación o renovación es mucho más largo que en el caso de las capas acuíferas superficiales ubicadas en la zona no saturada y saturada y, por lo tanto, no participan activamente en el intercambio hídrico, ni están vinculadas al régimen climático actual. Este ciclo es de orden geológico (tiempo de renovación, de algunas décadas a milenios de años), de manera que la variación de las reservas de las capas profundas presenta una duración superior al tiempo de agregación del balance, razón por la cual no es tenida en cuenta.

Para estimar la oferta hídrica subterránea se han utilizado en este trabajo los datos generales de los estudios regionales, que cubren aproximadamente 15% del territorio nacional (Ingeominas, 1997). La cuantificación se realizó a partir de cuencas hidrogeológicas regionales limitadas por estructuras geológicas que abarcan varios municipios; por tal razón, está estimación está definida por la geometría y las propiedades hidráulicas de los grandes sistemas acuíferos. En estenivel la oferta es compartida por los municipios cuya jurisdicción está en el área de los sistemas acuíferos principales, pues no hay estudios detallados sobre la distribución y dinámica de las unidades locales de captación, ni sobre la extensión y propiedades de las subcuencas hidroestratigráficas.

La determinación exacta de estos parámetros y de la dinámica del sistema subterráneo requerirá en el futuro una instrumentación adecuada, así como también la estructuración de una red de puntos de observación y el desarrollo de modelos interpretativos a escalas más apropiadas, para aplicar metodologías locales en el cálculo de la oferta hídrica subterránea municipal.

En la actualidad se está perfeccionando modelos dinámicos que permitan, a partir de la cuantificación y la cualificación de los diferentes componentes que hacen parte de la ecuación del balance hídrico, determinar la oferta en las diferentes fases del ciclo hidrológico.

Mapa 1. Excedentes y déficit del agua en cuencas de referencia (índice de aridez).

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• Introducción
• Balance Hidríco Nacional
• Caudal Mínimo para Sostenimiento de los Ecosistemas
• Restricciones de Uso por Calidad de Agua
• Oferta Hídrica para Abastecimiento Municipal
• Demanda Hídrica
• Cuantificación de La Demanda y Los Usos del Agua
• Principales Indicadores que Caracterizan al Recurso Hídrico
• Proyecciones de Demanda y Oferta para 2015 y 2025
• Cabeceras Municipales
• Conclusiones