Balance hídrico: qué es, ecuación, componentes y ejemplo

El balance hídrico es la contabilidad del agua de un sistema (una cuenca, un acuífero, un embalse o la zona de raíces de un cultivo) durante un período: las entradas menos las salidas son iguales al cambio de almacenamiento. En hidrología se resume como $P = ET + Q + \Delta S$ y sirve para estimar cuánta agua hay disponible.

Definición

El balance hídrico (o balance de agua, water budget) aplica el principio de conservación de la masa al ciclo del agua. El Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) lo define como la contabilidad de todas las entradas, salidas y cambios de almacenamiento de un sistema. Si en un período entra más agua de la que sale, el almacenamiento aumenta (balance positivo o excedente); si sale más de la que entra, el almacenamiento disminuye (balance negativo o déficit).

El sistema puede ser tan grande como un país o tan pequeño como un metro cuadrado de suelo agrícola. Lo importante es definir con claridad sus límites (la divisoria de la cuenca, la base del acuífero, la profundidad de raíces) y el período de análisis, porque de ello depende qué términos se pueden despreciar.

Ecuación del balance hídrico

La forma general es:

Para una cuenca hidrográfica, con la precipitación como única entrada natural, se escribe:

• $P$: precipitación sobre la cuenca (mm o hm³).
• $ET$: evapotranspiración real (evaporación desde suelo y agua libre más transpiración de las plantas).
• $Q$: escorrentía o caudal que sale por el punto de cierre.
• $G$: flujo subterráneo que sale de la cuenca sin pasar por la estación fluviométrica.
• $U$: extracciones y usos consuntivos netos (riego, agua potable, minería) y trasvases.
• $\Delta S$: cambio de almacenamiento en nieve, glaciares, embalses, lagos, humedad del suelo y acuíferos.

Si se promedian muchos años en una cuenca sin grandes extracciones ni fugas subterráneas, $\Delta S$, $G$ y $U$ tienden a cero y queda la relación de largo plazo $P \approx ET + Q$.

A escala de parcela, el Boletín FAO-56 plantea el balance de la zona radicular para estimar la evapotranspiración:

donde $I$ es el riego, $RO$ la escorrentía superficial, $DP$ la percolación profunda, $CR$ el ascenso capilar, $\Delta SF$ el flujo subsuperficial neto y $\Delta SW$ la variación del contenido de agua del suelo.

Componentes

• Precipitación: lluvia y nieve, medida con pluviómetros y promediada sobre la cuenca. Ver qué es la precipitación.
• Evapotranspiración: en climas semiáridos puede consumir más de la mitad de la lluvia. Se estima con métodos como Penman-Monteith; ver qué es la evapotranspiración.
• Escorrentía: la parte que llega a los cauces y se mide con estaciones fluviométricas. Ver escorrentía superficial.
• Infiltración y recarga: el agua que entra al suelo y, en parte, alcanza el acuífero. Ver qué es la infiltración.
• Almacenamiento: nieve y glaciares (clave en cuencas andinas), embalses, lagos, humedad del suelo y agua subterránea.
• Intervención humana: extracciones, retornos de riego, trasvases y descargas, que deben contabilizarse explícitamente.

Escalas de tiempo y de espacio

• Interanual (promedio de muchos años): el cambio de almacenamiento se compensa y la ecuación se simplifica. Ojo: en un año aislado $\Delta S$ no es nulo, sobre todo en años secos o muy nevosos.
• Mensual o estacional: $\Delta S$ es decisivo. En cuencas nivales la precipitación de invierno se transforma en caudal meses después. El método climático de Thornthwaite y Mather trabaja a esta escala.
• Diaria: se usa en balances de suelo para programar riegos y en modelos hidrológicos continuos.
• Espacial: cuenca, subcuenca, acuífero, embalse, humedal, zona de riego o parcela. Cada una exige distintos términos de entrada y salida.

Ejemplo de cálculo en una cuenca

Una cuenca de 250 km² recibe una precipitación media anual de 850 mm y su evapotranspiración real se estima en 560 mm/año. Suponiendo que en el promedio de largo plazo $\Delta S \approx 0$ y que no hay extracciones ni flujo subterráneo relevante:

Para pasar de lámina a volumen se multiplica por el área (0,290 m × 250.000.000 m²):

Dividiendo por los 31.536.000 segundos de un año se obtiene el caudal medio:

El coeficiente de escorrentía anual es $290/850 \approx 0{,}34$: solo un tercio de la lluvia sale por el río. Si la estación fluviométrica registrara en cambio 1,9 m³/s (unos 240 mm/año), faltarían unos 50 mm, cerca del 6 % de la precipitación. Esa diferencia, llamada error de cierre, obliga a revisar la estimación de ET, la representatividad de los pluviómetros, las extracciones no registradas o una posible salida subterránea.

Aplicaciones y limitaciones

• Planificación de recursos hídricos: estimar la disponibilidad para agua potable, riego, industria y ecosistemas. En Chile, la Dirección General de Aguas actualizó el Balance Hídrico Nacional para el período 1985–2015 y lo proyectó a 2030–2060 bajo escenarios de cambio climático.
• Embalses: el volumen de regulación se dimensiona con balances mensuales de entradas, entregas, evaporación y pérdidas.
• Riego: el balance de la zona de raíces indica cuándo y cuánto regar.
• Acuíferos: comparar recarga, bombeos y descargas ayuda a detectar sobreexplotación. El USGS advierte que igualar el bombeo "seguro" a la recarga natural es una simplificación: al extraer agua cambian también las descargas a ríos y humedales.
• Uso del suelo y cambio climático: permite comparar escenarios de deforestación, reforestación, urbanización o menor acumulación de nieve.

Su principal limitación es que varios términos (ET, flujo subterráneo, sublimación de nieve) no se miden directamente sino que se estiman, y cualquier error se acumula en el término calculado por diferencia.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• Allen, R. G. et al. (1998). Crop evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56, cap. 1 (balance de agua del suelo). FAO.
• Alley, W. M. et al. (1999). Sustainability of Ground-Water Resources, Circular 1186. U.S. Geological Survey.
• USGS New Jersey Water Science Center. Water Budgets.
• Dirección General de Aguas (2017). Actualización del Balance Hídrico Nacional. MOP, Chile.
• Thornthwaite, C. W. y Mather, J. R. (1955). The water balance. Publications in Climatology, 8(1).
• Chow, V. T., Maidment, D. R. y Mays, L. W. (1988). Applied Hydrology. McGraw-Hill.