14/8/2015 Procesos de escorrentía: Versión internacional

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Procesos de escorrentía: Versión internacional

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Descripción general de la escorrentíaDefinición de escorrentíaRol en el proceso de predicción de crecidasProcesos del agua en el sueloTérminos generales relacionados con la escorrentíaTérminos relacionados con la infiltraciónPreguntas de repaso

Trayectorias de la escorrentíaEscorrentía superficialFlujo del exceso de infiltraciónFlujo del exceso de saturaciónInterflujoRetroalimentación por transmisividadContacto suelo­rocaCrestas de agua subterráneaAgua existente antes del evento de precipitaciónPreguntas de repaso

Propiedades de la cuencaÁrea de aporteDimensiones de la cuencaForma de la cuencaMeandros fluvialesPendiente de la cuencaRugosidadDensidad de drenajeUrbanizaciónPreguntas de repaso

Propiedades del sueloClasificación de la textura del sueloComposición del sueloPerfil del sueloPropiedades de la superficiePreguntas de repaso

Conceptos de modeladoConceptos de modelado simpleMétodo racionalModelos complejosModelos agrupadosModelos semidistribuidosModelos distribuidos

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Preguntas de repasoResumen

Descripción general de la escorrentíaTrayectorias de la escorrentíaPropiedades de la cuencaPropiedades del sueloConceptos de modelado

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Descripción general de la escorrentía

La capacidad de estimar con exactitud la escorrentía que producirán la lluvia y el deshielo es uno de losaspectos más importantes del proceso de predicción de crecidas.

En esta sección se define el concepto de escorrentía y se presentan algunos términos importantes paraanalizar el proceso lluvia­escorrentía. Consideraremos la escorrentía producida tanto por la lluvia comopor el deshielo, y su relación con el proceso de pronóstico hidrológico en general.

En esta sección aprenderá a:

definir la escorrentía producida por la lluvia;identificar el movimiento general del agua, tanto en la superficie como en el subsuelo;reconocer los distintos términos asociados con el agua subterránea y la escorrentía;comprender la relación entre las tasas de precipitación y deshielo y la infiltración.

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Definición de escorrentía

Es común definir la escorrentía (o escurrimiento) como aquella parte de la lluvia, del agua de deshieloy/o del agua de irrigación que, en lugar de infiltrarse en el suelo, fluye hacia el cauce fluvialdesplazándose sobre la superficie del suelo. A veces se denomina escorrentía superficial o desuperficie.

Para ciertos fines, sin embargo, la definición de escorrentía también abarca el agua que llega al caucefluvial con relativa rapidez justo debajo de la superficie. Junto con la escorrentía superficial, este flujo,que se denomina interflujo o flujo subsuperficial, constituye el volumen de agua que en hidrología seconoce generalmente como escorrentía.

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Rol en el proceso de predicción de crecidas

El motivo principal por el cual estudiamos el proceso de escorrentía es la necesidad de estimar lacantidad de agua que alcanza rápidamente el cauce fluvial. La escorrentía es el elemento más importantede la predicción de crecidas y puede consistir de agua pluvial o del agua generada por el derretimiento dela nieve y del hielo. Las condiciones en la cuenca hidrológica determinan la proporción de lluvia o nieveque se transforma en escorrentía. Si sabemos qué cantidad de agua cabe esperar en forma de escorrentía,podemos utilizar otras herramientas, como el hidrograma unitario, para calcular el caudalcorrespondiente que se descargará en el cauce.

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Procesos del agua en el suelo

El movimiento del agua en el suelo es el resultado de tres procesos físicos: entrada, transmisión yalmacenamiento. El proceso de entrada, que también se denomina infiltración, ocurre en el límite entreel agua y la superficie del suelo. La transmisión es la percolación, tanto vertical como horizontal, quepuede producirse a cualquier profundidad en la capa del suelo. El almacenamiento puede ocurrir encualquier parte del perfil del suelo y se manifiesta como un aumento en la humedad del suelo.

En términos generales, las condiciones ambientales que influyen en estos tres procesos se dividen en doscategorías principales: efectos naturales y efectos antropogénicos (es decir, producidos por la actividadhumana). A diferencia de los procesos naturales, que pueden tener varios efectos, la actividad humanasuele reducir la cantidad de agua que penetra en el perfil del suelo y, por consiguiente, aumenta laescorrentía en la superficie del suelo.

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Términos generales relacionados con la escorrentía

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Utilizamos varios términos para describir los procesos de escorrentía. A continuación encontrará ladefinición de algunos de los que se tratan con más detalle en las secciones posteriores de este módulo.

Empleamos los términos cuenca, cuenca de drenaje y cuenca hidrológica (o hídrica o hidrográfica) paradescribir el área que contribuye a la escorrentía. En términos generales, la escorrentía comienza en ladivisoria de las aguas que marca el perímetro de la cuenca. Toda la escorrentía dentro de una cuencadrena en un único sitio, es decir, la salida o desagüe de la cuenca.

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El caudal base o flujo base es el suministro de agua a largo plazo que mantiene siempre al menos unpoco de agua en el cauce, incluso durante los períodos prolongados de sequía. El caudal base provienedel agua que ha percolado hasta el almacenamiento profundo.

La infiltración es el movimiento del agua hacia abajo a través de la superficie del suelo. Aunque amenudo se usa como equivalente de percolación, en realidad el término percolación se refiere almovimiento del agua dentro del suelo, mientras infiltración se refiere específicamente al proceso por elcual el agua penetra la superficie del suelo.

La escorrentía superficial es el movimiento del agua sobre la superficie del suelo hacia el cauce fluvial.

El interflujo es el movimiento relativamente rápido del agua debajo de la superficie del suelo hacia elcauce fluvial que típicamente se produce durante las 72 horas posteriores a la infiltración del agua en lasuperficie. Este proceso es más común en las áreas donde el suelo es profundo.

La escorrentía o escorrentía directa puede referirse sólo a la escorrentía superficial, pero a vecesempleamos este término para hablar de la combinación de escorrentía superficial e interflujo. Por lotanto, suele representar el movimiento al cauce fluvial del agua que no forma parte del caudal base.

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Términos relacionados con la infiltración

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La tasa de infiltración es la cantidad de agua que puede penetrar el suelo en un período específico. Seexpresa en términos de profundidad por unidad de tiempo; por ejemplo, 10 milímetros por hora.

La capacidad de infiltración es el límite superior de la tasa de infiltración. Incluye la infiltración en lasuperficie y la percolación, y se expresa en términos de profundidad por unidad de tiempo; por ejemplo,15 milímetros por hora.

Si el índice de precipitación es menor o igual a la capacidad de infiltración, no se produce escorrentíasuperficial.

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Si el índice de precipitación excede la capacidad de infiltración, se produce escorrentía superficial.

La escorrentía superficial equivale al índice de pluviosidad o a la velocidad de deshielo menos lacapacidad de infiltración.

Por ejemplo, si el índice de pluviosidad aumenta a 25 mm por hora pero la capacidad de infiltración siguesiendo 15 mm por hora, el índice de pluviosidad es 10 mm por hora mayor que la capacidad deinfiltración. Los 10 mm por hora que no se infiltran se transforman en escorrentía superficial.

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Preguntas de repaso

Pregunta 1

En términos simples, la escorrentía es aquella parte de la lluvia, del agua de deshielo y del agua deirrigación que alcanza rápidamente el cauce fluvial _____. (Escoja la mejor opción.)

a) solamente sobre las superficies impermeables b) sobre o debajo de la superficie c) a través del suelo d) como flujo base aumentado

La respuesta correcta es b).

Pregunta 2

Cuando el índice de pluviosidad equivale a la capacidad de infiltración, _____. (Escoja todas lasopciones pertinentes.)

a) el agua puede infiltrarse y posiblemente contribuir al interflujo b) el suelo nunca alcanza el punto de saturación, a menos que llueva más fuerte c) no puede infiltrarse más agua d) cualquier aumento posterior en la intensidad de la lluvia causará escorrentía superficial

Las respuestas correctas son a) y d).

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Trayectorias de la escorrentía

En esta sección se describen las posibles trayectorias del agua hasta la salida de la cuenca.Consideraremos los pormenores de la escorrentía superficial, del interflujo y del agua existente antes delevento de precipitación. También consideraremos los efectos del clima, la geografía y la humedadantecedente.

En esta sección aprenderá a:

identificar los distintos tipos de escorrentía que se producen en la superficie y en el subsuelo;reconocer el impacto de las propiedades de la superficie y del suelo que influyen en la escorrentíasuperficial;comprender las propiedades del suelo que influyen en la escorrentía subsuperficial o interflujo;prever los tipos de escorrentía que puede esperarse en su zona considerando el índice depluviosidad, la velocidad de deshielo y las propiedades del suelo.

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Escorrentía superficial

Durante un episodio de lluvia o de deshielo, pueden producirse dos tipos de escorrentía superficial.

El flujo superficial del exceso de infiltración o flujo hortoniano se produce en los suelos que no estánsaturados. De hecho, el suelo puede estar muy seco, pero debido a las propiedades del suelo o de lacubierta del suelo, el proceso de infiltración no puede absorber el agua producida por un aguacero o undeshielo rápido.

El flujo superficial del exceso de saturación ocurre cuando el suelo está saturado y no queda espaciopara que se infiltre más agua. Esto puede ocurrir incluso en suelos que normalmente, en condicionessubsaturadas, permiten la infiltración de grandes cantidades de agua.

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Flujo del exceso de infiltración

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El exceso de infiltración es el resultado de un índice de pluviosidad o una velocidad de deshielo queexcede la capacidad de infiltración. El agua que no puede infiltrarse se convierte en escorrentíasuperficial.

Por ejemplo, si el suelo tiene una capacidad de infiltración de 15 mm por hora y llueve a un ritmo de25 mm por hora, el índice de pluviosidad excede la capacidad de infiltración a razón de 10 mm por hora.Dichos 10 mm de agua por hora se convierten en flujo superficial del exceso de infiltración, incluso si elsuelo subyacente está seco.

El fenómeno de exceso de infiltración se observa con mayor frecuencia durante episodios de lluviabreves e intensos. Es también más común donde los suelos tienen un alto contenido de arcilla y lasuperficie ha sido alterada por la compactación del suelo, la urbanización o un incendio.

El flujo superficial del exceso de infiltración se denomina también flujo hortoniano.

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Flujo del exceso de saturación

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El exceso de saturación se produce cuando las capas del suelo se saturan hasta tal punto que ya nopermiten la infiltración de más agua.

Esto es más común en episodios de lluvia leve a moderada de larga duración, o bien durante el último deuna serie de episodios sucesivos de precipitación o de deshielo.

Por ejemplo, considere una tormenta que produce un índice de pluviosidad constante de 10 mm por horadurante cuatro horas. Al cabo de tres horas de infiltración, el suelo queda saturado. Durante la cuarta horadel episodio, al ritmo de 10 mm/h el agua ya no puede infiltrarse en el suelo saturado y se convierte enflujo superficial del exceso de saturación.

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El fenómeno de flujo superficial del exceso de saturación puede ocurrir siempre que el suelo esté mojado,aunque es más común en cuencas llanas o con pendientes poco pronunciadas en climas húmedos. Estafotografía muestra un terreno donde el suelo típicamente es capaz de absorber grandes cantidades deagua. La presencia de agua estancada durante un episodio de lluvia leve sugiere que la saturación delsuelo impide la infiltración de más agua. El resultado es el flujo superficial del exceso de saturación.

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Interflujo

El interflujo, que también se conoce como flujo subsuperficial, es el flujo relativamente rápido hacia elcauce fluvial que se produce debajo de la superficie. Aunque ocurre más rápidamente que el caudal base,suele producirse más lentamente que la escorrentía superficial. En ciertos casos, el interflujo puede ser unfactor tan importante como la escorrentía superficial para el pronóstico de los aumentos rápidos en elnivel del cauce fluvial. De hecho, en las regiones con altas tasas de infiltración y terreno empinado elinterflujo puede ser el proceso predominante en la reacción de los ríos tras un episodio de lluvia o eldeshielo.

Este proceso es más frecuente en zonas húmedas con suelos profundos. No obstante, el interflujo puedeaportar una cantidad considerable de agua en las regiones con suelos poco profundos si existe una capaimpermeable (por ejemplo, de roca firme) debajo de la capa de suelo de superficie, que es máspermeable.

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Retroalimentación por transmisividad

Un proceso de escorrentía que contribuye al interflujo es la retroalimentación por transmisividad. Esteproceso ocurre cuando se activa una red de macroporos después de un período de rápida infiltración.

Los macroporos son espacios vacíos y conductos naturales en el suelo que se transforman en rutaspreferentes para el movimiento del agua cuesta abajo. Los macroporos pueden formarse de diversasmaneras, por ejemplo la descomposición de las raíces de las plantas, los túneles de los animales einsectos y las reacciones químicas entre el agua y los minerales del suelo.

Las redes de macroporos son más extensas en zonas con suelos profundos que contienen cantidadesconsiderables de materia orgánica. Por lo tanto, es más probable que haya un interflujo sustancial por lasredes de macroporos en las regiones de clima húmedo.

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Contacto suelo­roca

La existencia de una superficie de contacto suelo­roca intensifica el interflujo. Suele haber contactosuelo­roca en zonas con topografía empinada, donde la capa del suelo es considerablemente máspermeable que la roca sólida subyacente. El agua de lluvia o deshielo se infiltra en poco tiempo hasta lasuperficie de contacto con la roca y después se desplaza rápidamente cuesta abajo a lo largo de dichasuperficie.

A veces existe una estructura llamada fragipán. Las capas de fragipán son de baja permeabilidad, como laroca o la arcilla, y pueden también contribuir a concentrar el flujo subsuperficial lateral. Las zonas defragipán, que pueden existir en niveles relativamente poco profundos, juegan un rol importante en laintensificación del interflujo e incluso de la escorrentía superficial una vez que las capas de suelo arribade ellas queden saturadas.

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Crestas de agua subterránea

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Otro mecanismo que contribuye a la escorrentía es la formación de crestas de agua subterránea.

Este proceso se observa en cuencas de drenaje empinadas donde la capa freática está mucho más próximaa la superficie cerca del cauce fluvial que en lugares más alejados del mismo.

Cerca del cauce fluvial, el agua de lluvia o de deshielo alcanza el nivel del agua subterránea másrápidamente de lo que es el caso cuesta arriba, más lejos del arroyo. El nivel de la capa freática sube másrápidamente cerca del cauce fluvial que en las zonas más alejadas y forma una cresta de agua subterráneaen proximidad del arroyo. Debido al gradiente entre la cresta de agua subterránea y el cauce fluvial, elinterflujo hacia el arroyo es más rápido y

en algunos casos la cresta de agua subterránea alcanza la superficie del suelo y genera un flujo superficialdel exceso de saturación que contribuye a la escorrentía superficial.

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Agua existente antes del evento de precipitación

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Cierta parte del interflujo que llega rápidamente al cauce fluvial no es necesariamente producto delepisodio de lluvia actual. En estos casos, las capas del suelo ya contienen una cantidad considerable deagua, que se desplaza a medida que más agua se infiltra en el suelo. El agua que entra en el arroyoinmediatamente después de una lluvia o de un período de deshielo rápido puede pertenecer a un eventode precipitación anterior, es decir, se trata de agua existente antes del evento de precipitación. Variosestudios han demostrado que a menudo en regiones de clima húmedo el agua existente antes del eventode precipitación es el factor que más contribuye a los aumentos rápidos del nivel de los cursos fluviales.

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Preguntas de repaso

Pregunta 1

¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable después de una lluvia intensa de 30 minutos deduración? (Escoja la mejor opción.)

a) flujo superficial del exceso de saturación b) flujo superficial del exceso de infiltración

La respuesta correcta es b).

Pregunta 2

¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable después de 48 horas de llovizna constante en unbosque? (Escoja la mejor opción.)

a) flujo superficial del exceso de saturación b) flujo superficial del exceso de infiltración

La respuesta correcta es a).

Pregunta 3

¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable en un llano con vegetación densa? (Escoja la mejoropción.)

a) flujo superficial del exceso de saturación b) flujo superficial del exceso de infiltración

La respuesta correcta es a).

Pregunta 4

¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable en una zona urbana? (Escoja la mejor opción.)

a) flujo superficial del exceso de saturación b) flujo superficial del exceso de infiltración

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La respuesta correcta es b).

Pregunta 5

Aunque el agua presente antes de un episodio de lluvia considerable puede contribuir a la escorrentíacomo “agua existente antes del evento de precipitación”, nunca constituye un componente principal dela escorrentía. (¿Verdadero o falso?)

a) Verdadero b) Falso

La respuesta correcta es b).

Pregunta 6

El interflujo puede ser más importante que la escorrentía superficial en la generación de un aumentorápido del nivel de los arroyos en _____. (Escoja todas las opciones pertinentes.)

a) entornos urbanos b) pendientes con vegetación densa c) regiones donde hay roca madre impermeable debajo de una capa de suelo permeable d) zonas quemadas

Las respuestas correctas son b) y c).

Pregunta 7

Los macroporos _____ el interflujo porque crean _____ para el flujo del agua. (Escoja la mejor opción.)

a) aumentan | superficies horizontales b) aumentan | trayectorias preferenciales c) reducen | superficies horizontales d) reducen | trayectorias preferenciales

La respuesta correcta es b).

Pregunta 8

La formación de crestas de agua subterránea reduce el flujo al cauce porque bloquea el interflujo.(Escoja la mejor opción.)

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a) Verdadero b) Falso

La respuesta correcta es b).

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Propiedades de la cuenca

Las propiedades físicas de una cuenca de drenaje y sus cursos fluviales influyen en la cantidad deescorrentía generada y su desarrollo temporal. Dichas propiedades pueden ser el resultado de factoresnaturales y de factores causados por la actividad humana.

En esta sección aprenderá a:

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reconocer las características de una cuenca y cómo influyen en los procesos de escorrentía;explicar el impacto de la urbanización en las características de escorrentía.

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Área de aporte

El tamaño del área de aporte de la lluvia en una cuenca influye directamente en el volumen total deescorrentía que drena de la cuenca.

No parecerá sorprendente que la comparación de una lluvia uniforme sobre una cuenca más grande y otramás pequeña revela que la cuenca más grande produce un mayor volumen de escorrentía. En igualdad decircunstancias, un área de drenaje el doble del tamaño puede generar dos veces el volumen de escorrentíaque una cuenca de menor extensión.

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Como en la mayoría de los casos las tormentas sólo cubren parte de una cuenca, lo más común es que elvolumen de escorrentía no está determinado por el tamaño total de la cuenca, sino por el área de aporte,que es la parte de la cuenca que ha sido afectada por la tormenta.

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Dimensiones de la cuenca

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De forma análoga, considere dos cuencas de forma similar, una más grande que la otra. La escorrentíaque se desplaza del punto más lejos aguas arriba de la cuenca más grande tiene que recorrer una mayordistancia y, por lo tanto, tarda más en alcanzar la salida de la cuenca que la escorrentía que proviene delpunto más lejos aguas arriba de la cuenca más pequeña. Además, es probable que una tormenta sóloafecte a una parte de la cuenca más grande en un momento dado, mientras que puede cubrir toda lacuenca más pequeña.

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Forma de la cuenca

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La forma de la cuenca también influye en la magnitud y el desarrollo temporal del caudal máximo en lasalida de la cuenca.

Considere dos cuencas de área igual, pero una de forma larga y estrecha y la otra más ancha. Considereahora el recorrido de la escorrentía a medida que se desplaza desde el punto más lejano de la cuencahasta la salida correspondiente. La escorrentía de la cuenca más ancha llegará más rápidamente a lasalida de la cuenca.

Además, es más probable que el agua proveniente de varios lugares de esta cuenca alcance la salida almismo tiempo, lo cual produce un caudal máximo mayor. En contraste, es menos probable que el aguaproveniente de distintos lugares de la cuenca larga y estrecha llegue al mismo tiempo.

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Meandros fluviales

Los meandros del cauce fluvial aumentan la distancia que el agua debe recorrer desde el comienzo hastael final del curso del río.

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Considere una cuenca con cauces fluviales sinuosos. Si elimináramos todos los meandros, el agua

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recorrería una distancia menor. Esto también reduciría el tiempo que tarda el agua en alcanzar la salida dela cuenca y el tiempo disponible para que el agua se infiltre en el suelo a través del fondo del lechofluvial.

Los meandros aumentan el tiempo de viaje de la escorrentía a través de la cuenca y pueden reducir elvolumen de escorrentía en general.

Materiales de consulta adicionales:

Encontrará información adicional sobre la formación de estructuras tales como los meandros fluviales enel módulo de geomorfología fluvial de la Facultad de Ciencias Ambientales e Ingeniería Forestal de laState University of New York (SUNY ESF): http://www.fgmorph.com (en inglés).

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Pendiente de la cuenca

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La pendiente de una cuenca influye en la cantidad y el desarrollo temporal de la escorrentía.

A medida que aumenta la pendiente de la topografía, entran en juego varios factores. En primer lugar, elcontacto del agua con la superficie deja de ser perpendicular. En las pendientes, la fuerza de gravedad yano atrae el agua directamente hacia el suelo, de forma que una mayor parte se convierte en escorrentíasuperficial.

Otro factor es el movimiento del agua sobre la superficie terrestre. A medida que aumenta la pendientedel suelo, el agua se desplaza con mayor rapidez y permanece menos tiempo en contacto con lasuperficie, lo cual reduce el tiempo que tiene para infiltrarse.

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Otro factor importante es la cantidad de sedimento transportado por el agua. La erosión es el resultado dela eliminación del sedimento del suelo por parte del agua. Aunque depende del tipo de suelo y de lavegetación, por lo general la erosión aumenta a medida que aumenta la pendiente. Cuando el aguatransporta mucho sedimento, los poros en la superficie del suelo que normalmente permiten lapenetración del agua pueden taparse, reduciendo de este modo la capacidad de infiltración.

En términos generales, cuanto más empinados la ladera y los canales de drenaje, tanto más rápida será larespuesta del flujo y tanto mayores las descargas máximas.

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Rugosidad

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La “rugosidad” de un cauce fluvial aumenta con la presencia de piedras, vegetación y escombros.Cuando eliminamos la vegetación y cubrimos el lecho fluvial con cemento para crear un canal,reducimos su rugosidad. El factor de rugosidad afecta directamente la rapidez con que el agua sedesplaza por el canal y la altura del nivel máximo. En hidrología, la ecuación de Manning se usa amenudo para calcular el factor de rugosidad.

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Cuanto mayor la rugosidad, tanto más turbulento será el flujo. Un flujo más turbulento produce unaescorrentía más lenta y flujos menos rápidos. El resultado es más tiempo para la infiltración y la creaciónde una onda de crecida más ancha con descargas máximas menores de lo que es el caso en situaciones deescorrentía más rápida.

Por otro lado, la reducción de la rugosidad del canal produce flujos más rápidos y caudales máximosmayores.

Materiales de consulta adicionales

Encontrará más información acerca de la ecuación de Manning en la sección cuatro del módulo Tránsitode avenidas: Propiedades de los cursos fluviales y ecuaciones fluviales.

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Densidad de drenaje

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Denominamos densidad de drenaje a la suma de la longitud de todos los canales en el interior de unacuenca dividida por el área de la cuenca. La densidad de drenaje es una de las características másimportantes para evaluar la escorrentía potencial.

La densidad de drenaje de una cuenca con muchos afluentes es mayor que la de una cuenca con pocosafluentes. Cuando la densidad de drenaje es mayor, la cuenca puede drenar de forma más eficientedespués de una tormenta. Si el drenaje es más eficiente, el agua se desplaza más rápidamente a losarroyos y riachuelos, con el resultado de que los caudales máximos de las tormentas son mayores y seproducen más rápidamente.

Normalmente, las cuencas con densidades de drenaje menores tienen suelos profundos y biendesarrollados. En este caso, es más probable que el agua penetre el suelo en lugar de convertirse enescorrentía superficial e incorporarse a la red de canales fluviales.

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Urbanización

La urbanización suele alterar las superficies naturales del suelo y de los cauces fluviales de las cuencas.Los factores tales como la permeabilidad de la superficie, el tamaño de la cuenca, la densidad de drenaje,la rugosidad, la longitud y la pendiente del canal pueden verse afectados de forma tal que la escorrentíaadquiera mayor magnitud y velocidad.

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En las zonas urbanas, la mayor cobertura de pavimentación, edificios y suelos compactos impide lainfiltración del agua de lluvia y de deshielo en comparación con la superficie natural del suelo. Estopuede aumentar en gran medida la magnitud de la escorrentía.

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Las características urbanas, como los arcenes de las calles y los muros de contención, pueden dividir unacuenca natural en subcuencas más pequeñas. Las zonas de drenaje más pequeñas responden mucho másrápidamente a las lluvias localizadas que una cuenca más grande.

Las redes viarias, las cunetas y los sistemas de drenaje pluvial funcionan como una red de afluentes y

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aumentan la densidad de drenaje. Una mayor densidad de drenaje resulta en una escorrentía más rápidahacia los cauces fluviales.

En comparación con un lecho fluvial natural, las superficies de las calles, las alcantarillas y los sistemasde drenaje pluvial tienen superficies lisas. La menor rugosidad superficial permite un movimiento muchomás rápido de la escorrentía hacia los cauces fluviales principales de lo que sería el caso en condicionesmás naturales.

En las zonas urbanas, es común que se elimine la vegetación de los ríos y a veces hasta se cubre el fondode cemento, un proceso denominado “canalización” que además reduce la rugosidad y aumenta lavelocidad del agua.

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A veces, las obras de canalización implican enderezar el arroyo urbano y eliminar los meandros. Estoreduce la distancia que el agua atraviesa desde el comienzo de la cuenca de drenaje. También aumenta lapendiente, ya que el cambio de elevación sigue siendo igual, pero abarca una distancia menor. Debido ala reducción de la distancia del trayecto y el aumento en la pendiente, la escorrentía produce unarespuesta de crecida mucho más rápida.

En términos generales, en los entornos urbanos la escorrentía ocurre más rápidamente y una mayor partede la escorrentía alcanza los ríos de lo que es el caso en los entornos rurales.

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Preguntas de repaso

Pregunta 1

La escorrentía suele ser más eficiente (es decir, más rápida y más abundante) cuando _____. (Escojatodas las opciones pertinentes.)

a) aumenta la pendiente de la cuenca b) se reduce las densidad de drenaje de la cuenca c) aumenta rugosidad del canal d) se eliminan los meandros del río e) la cuenca tiene una forma estrecha y alargada en lugar de ser redonda

Las respuestas correctas son a) y d).

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Propiedades del suelo

Las características del suelo de una cuenca influyen fuertemente en el desarrollo de la escorrentía.Además de la textura del suelo, tenemos que considerar otras características importantes, como lacubierta de la superficie, la profundidad hasta las capas impermeables y las modificaciones del sueloprovocadas por la actividad humana o por procesos naturales.

En esta sección aprenderá a:

predecir el movimiento del agua y de la escorrentía dadas las características del suelo;identificar las propiedades del suelo importantes en su zona;comprender cómo los factores naturales y humanos influyen en el movimiento del agua en el suelo.

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Clasificación de la textura del suelo

La textura del suelo se clasifica de acuerdo con el tamaño de las partículas que componen el suelo. Laarcilla tiene las partículas y los espacios porosos más pequeños, seguida del limo y de la arena, que tienelas partículas más grandes. La textura del suelo es un factor muy importante para evaluar el potencial deinfiltración, movimiento y almacenamiento del agua del suelo.

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El triángulo de clasificación de suelos del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA), que se basaen el sistema de clasificación de suelos de la FAO, es una herramienta de referencia que permiteclasificar los suelos de acuerdo con la composición de su textura. Por ejemplo, si tomamos una muestrade suelo y determinamos que tiene una composición aproximada de 40 % limo, 40 % arena y 20 %arcilla, el triángulo nos permite clasificar ese suelo como “marga”.

A fondo: Procesos de formaciÓn del suelo

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La formación de los suelos, o pedogénesis, es el producto de varios procesos naturales. Típicamente, lossuelos se forman de modo tal que las capas superiores (los horizontes O y A) presentan el mayor impactode la vegetación y la meteorización, mientras las capas inferiores (el horizonte C) se ven afectadas en unamedida mucho menor por dichos agentes.

El clima es el factor más importante en la formación de los suelos, ya que influye directamente en lameteorización del material básico que los compone y es un factor determinante esencial de la actividadbiológica.

Entre los demás factores naturales que participan en la formación de los suelos cabe mencionar el tipo yla distribución de la vegetación, la geología local, la actividad biológica, las reacciones minerales y latopografía de la cuenca hidrológica. Estos factores determinan la cantidad de agua de lluvia o deshieloque penetra en el suelo y cómo se desplaza o se almacena en el suelo.

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Composición del suelo

El suelo puede componerse de uno o varios tipos de texturas. Cuando el suelo contiene un alto porcentajede arena, el mayor espacio poroso permite que el agua se infiltre y drene más rápidamente. Estos tipos desuelos pueden absorber cantidades relativamente grandes de lluvia o agua de deshielo.

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Los suelos con un contenido relativamente alto de arcilla tienen un espacio poroso menor y, enconsecuencia, tasas de infiltración más bajas. Por lo tanto, los suelos en los que predomina la arcillatienen una capacidad menor de absorber gran cantidad de agua.

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Las partículas que componen el limo son de un tamaño intermedio, entre la arena y la arcilla. Los suelosque contienen un alto porcentaje de limo tienen tasas de infiltración y drenaje más altas que la arcilla,pero no tan altas como la arena.

Haga clic aquí para ver la animación.

Por consiguiente, durante una lluvia intensa o un período de deshielo rápido los suelos arcillosos puedenproducir más escorrentía superficial que los suelos arenosos o limosos. Por lo general, los suelosarenosos producen la menor cantidad de escorrentía superficial.

La información sobre la textura del suelo puede ayudarnos a prever las posibilidades de almacenamientode agua y de escorrentía. Por supuesto que siempre debemos tener presentes los aspectos específicos dela situación, como el contenido de humedad del suelo y la intensidad de la lluvia o del deshielo.

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Como muestra esta animación, cualquier suelo saturado produce escorrentía superficial,independientemente de su textura.

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Aunque parece contrario a la intuición, los espacio porosos más pequeños de los suelos arcillososcontienen una cantidad total de espacio vacío mayor que la menor cantidad de espacios porosos y másgrandes de los suelos arenosos. Esto significa que bajo condiciones de llovizna o deshielo lento la arcillapuede contener más agua que la arena.

Haga clic aquí para ver la animación.

No obstante, el agua drena más lentamente de los suelos arcillosos que de los suelos arenosos. Estoimplica que después de una serie de episodios de lluvia, los suelos arcillosos pueden permanecersaturados en el período entre las tormentas y, por lo tanto, pueden producir una mayor cantidad de

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escorrentía en los episodios de lluvia posteriores.

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Perfil del suelo

El perfil del suelo brinda información acerca de la profundidad hasta la roca madre y las discontinuidadesexistentes en las características del suelo como, por ejemplo, los cambios verticales en la permeabilidad ylas propiedades del suelo.

La profundidad hasta la roca madre puede variar considerablemente, incluso en áreas pequeñas. En losvalles fluviales con suelos fértiles, la roca madre puede encontrarse a más de 200 cm de profundidad. Porotra parte, existen lugares, como las regiones de montaña, donde la profundidad del suelo puede serinferior a los 25 cm.

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Por lo general se observa una mayor capacidad de absorber y almacenar el agua en las áreas donde elsuelo es más profundo. Es también más probable que en estas áreas el interflujo sea mayor. Encomparación, las áreas donde el suelo es poco profundo suelen saturarse más rápidamente y producir másescorrentía dadas las mismas condiciones de suelo y precipitación.

Otra característica importante del perfil del suelo es la presencia de capas impermeables o de bajapermeabilidad en el perfil (que también se conocen como fragipanes). Por ejemplo, considere la situaciónque presenta una capa de arcilla y roca de baja permeabilidad debajo de una capa superficial de sueloarenoso. Si bien la lluvia o el agua de deshielo puede infiltrarse rápidamente en la capa arenosa superior,percolará lentamente a través de la capa impermeable del perfil. Esto puede intensificar la escorrentía y el

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interflujo en la zona. Ciertas áreas pueden contener capas minerales impermeables, como depósitos decarbonato de calcio.

Finalmente, la actividad biológica y química que tiene lugar en el suelo puede crear macroporos.Recuerde que estos conductos y espacios naturales aumentan tanto la velocidad como el volumen de aguaque puede desplazarse en sentido vertical u horizontal por el perfil del suelo.

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Propiedades de la superficie

Las propiedades de la superficie del suelo pueden ser el factor más importante que determina laescorrentía en algunos lugares. Si el agua no puede penetrar la superficie del suelo, las características delperfil del suelo subyacente carecen de importancia. Los materiales de superficie impermeables, lacompactación del suelo, la deforestación y los incendios son algunos de los factores que influyen en lainfiltración en el perfil del suelo.

Cuando cubrimos el suelo con materiales impermeables, como el cemento y el asfalto, reducimos lacantidad de agua que puede infiltrarse en el suelo. Además, la compactación del suelo reduce las tasas deinfiltración y percolación, así como la capacidad de almacenamiento de humedad del suelo. En términosgenerales, la actividad humana reduce la infiltración y el almacenamiento, y aumenta la escorrentíasuperficial.

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La deforestación puede influir en la infiltración y la escorrentía. En ausencia de materia vegetal en lasuperficie, el agua se desplaza más rápidamente. Esto significa que el agua tiene menos tiempo parainfiltrarse en el suelo. Además, es probable que la escorrentía de las zonas deforestadas contenga mássedimento. La carga de sedimentos puede ocupar espacio en el cauce fluvial que de otra forma estaríadisponible para un aumento en el caudal. Como resultado, es más probable que en las zonas deforestadasse produzcan episodios de escorrentía más intensos que producen fuertes cargas de sedimentos hacia loscauces fluviales.

La deforestación causada por los incendios puede acarrear consecuencias más graves para la escorrentíaposterior. Además de los típicos problemas relacionados con la deforestación, los incendios puedenalterar la superficie del suelo y dejarla temporalmente hidrófoba, es decir, incapaz de absorber el agua.Esto ocurre especialmente en las pinedas, donde los aceites y las resinas de los árboles se vaporizan y seincorporan al suelo, creando una capa hidrófoba en o cerca de la superficie. A menudo, la gravedad de laescorrentía y de la carga de sedimentos se puede observar por la erosión de los troncos de los árboles ylos depósitos aluviales que quedan después de la crecida.

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Preguntas de repaso

Pregunta 1

En comparación con los suelos arenosos, los suelos arcillosos tienen mayores probabilidades de _____.(Escoja todas las opciones pertinentes.)

a) producir más escorrentía durante períodos extendidos de llovizna b) producir más escorrentía durante tormentas intensas c) permanecer húmedos durante más tiempo después de un episodio de lluvia d) contener un volumen de agua menor cuando están saturados

Las respuestas correctas son b) y c).

Pregunta 2

Es más probable que se produzca flujo superficial del exceso de infiltración durante una lluvia intensaen suelos _____. (Escoja la mejor opción.)

a) arcillosos b) limosos c) arenosos d) margosos

La respuesta correcta es a).

Pregunta 3

La saturación del perfil del suelo ocurre más rápidamente cuando hay _____. (Escoja todas las opcionespertinentes.)

a) roca madre poco profunda b) urbanización c) un fragipán a poca profundidad d) roca madre muy profunda

Las respuestas correctas son a) y c).

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Pregunta 4

Normalmente, la deforestación no resulta en _____. (Escoja la mejor opción.)

a) más escorrentía superficial b) mayor peligro de inundaciones c) mayor transporte de sedimentos d) más infiltración

La respuesta correcta es d).

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Conceptos de modelado

Se han desarrollado varios modelos, desde los más simples hasta los muy complejos, para analizar ypronosticar los factores involucrados en la producción de escorrentía. El modelo específico que ustedelija dependerá del tipo de información que necesite y del uso que se hará de los resultados.

La cantidad y los tipos de suposiciones empleadas en el modelo, los tipos de datos que se necesitan y elnivel de complejidad son factores importantes a la hora de elegir el modelo.

En esta sección aprenderá a:

comprender los conceptos básicos de modelado de escorrentía;reconocer en qué situaciones es más apropiado un modelo complejo o simple;describir el funcionamiento de un modelo agrupado;describir el funcionamiento de un modelo semidistribuido;describir el funcionamiento de un modelo distribuido, así como sus potenciales ventajas ylimitaciones.También veremos algunos ejemplos comunes de cada tipo de modelo.

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Conceptos de modelado simple

A un nivel muy básico, un modelo simple de escorrentía de lluvia podría limitarse a calcular la cantidadde lluvia que escurre sobre una superficie sólida. Un buen ejemplo de esto es un estacionamiento consuperficie de cemento o asfaltada. Como no hay ninguna zona de suelo desnudo, no hay infiltración. Lacantidad de escorrentía generada por el estacionamiento equivale prácticamente a la cantidad de agua queprecipita o, dicho de otra manera, la lluvia constituye la entrada y la escorrentía, la salida.

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Método racional

Una de las situaciones hidrológicas más fáciles de modelar es la escorrentía máxima de un área pequeña(menos de 80 hectáreas). El modelo racional utiliza la intensidad de la lluvia, el área y un factor de usodel suelo para estimar sólo el caudal máximo. Observe que no hay ningún cálculo temporal asociado conel caudal máximo derivado con este método.

La ecuación del método racional es la siguiente:

Pico de escorrentía Q = C*I*A, donde:

C es un coeficiente de escorrentía adimensional por uso del suelo;I es la intensidad media de la lluvia, que suele expresarse en mm por hora;A es el área, que normalmente se da en hectáreas.Este producto se debe multiplicar por un factor de conversión de 0,00278 para obtener el resultadoen m3/s.

El valor del coeficiente C se obtiene consultando una tabla de los tipos de usos del suelo.

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El modelo racional se utiliza para calcular la escorrentía máxima en áreas pequeñas, comoestacionamientos, terrenos cultivados o jardines públicos. Se utiliza principalmente en cuencas pequeñasen las cuales la cobertura de las superficies impermeables es un factor importante.

Este método no permite tener en cuenta la infiltración de forma adecuada.

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Modelos complejos

Mientras los modelos hidrológicos simples están limitados por suposiciones y cálculos, los modelos máscomplejos pueden representar mejor las distintas partes del ciclo hidrológico. Este diagrama nos permiteapreciar la complejidad del espectro de factores naturales y humanos que los modelos hidrológicospueden tomar en cuenta.

Este modelo en particular muestra las entradas de agua y su movimiento a través de un sistemahidrológico conceptualizado.

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Modelos agrupados

El enfoque más básico para lograr un modelado complejo de la escorrentía de una cuenca es el método de“agrupación”. Este tipo de modelo hidrológico considera una determinada área de drenaje como una solaunidad y emplea entradas hidrológicas y meteorológicas promediadas para toda la cuenca. La salida deun modelo agrupado suele ser un hidrograma para la salida de la cuenca.

Un ejemplo de un modelo agrupado que se utiliza en los Estados Unidos es el modelo Sacramento dehumedad del suelo (SACramento­Soil Moisture Accounting, SACSMA), un modelo de representaciónconstante agrupado en el espacio. Este modelo constante emplea como entradas los valores medios deprecipitación de la cuenca, evaporación, temperatura, topografía de la cuenca y características del suelo.Entre las salidas se incluyen escorrentía directa, escorrentía superficial, caudal base, interflujo yevapotranspiración.

Por "constante" se entiende que las variables del modelo que representan la humedad del suelo seactualizan a diario. Esto permite crear una condición de humedad del suelo constante para el modelo.

El modelo SACSMA es ideal para simular las condiciones en cuencas de drenaje grandes, superiores a1000 kilómetros cuadrados. Debido a que el modelo simula tanto la escorrentía producida por la tormentacomo el caudal base, también resulta de utilidad para estimar los suministros hídricos. Este modelo puedeutilizar otras entradas, como la ubicación de los accidentes importantes (por ejemplo: embalses, lagos yconfluencias fluviales).

Tradicionalmente, debido a los métodos de recaudación de datos y a las limitaciones del software, el usode los modelos agrupados ha sido casi obligatorio, y los modelos agrupados siguen siendo útiles paragenerar información de guía acerca de crecidas, ya que requieren menos datos de entrada y potenciacomputacional que los métodos más modernos. No obstante, gracias a la disponibilidad de nuevastecnologías geoespaciales, los modelos agrupados están siendo suplantados por métodos que aprovechanla información espacial más detallada para examinar las cuencas a una escala más fina.

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Modelos semidistribuidos

El modelado semidistribuido es una variante del método por agrupación que a veces se denominapseudodistribuido. Para utilizar este enfoque, se subdivide la cuenca en las subcuencas de las cuales secompone. El caudal fluvial de cada una de estas subcuencas se calcula a partir de los niveles deescorrentía obtenidos por medio de los hidrogramas unitarios u otros métodos. A continuación, estosvolúmenes de escorrentía se propagan río abajo para obtener un cálculo estimado del caudal en la salidade la cuenca más amplia.

El modelo URBS (Unified River Basin Simulator, es decir, simulador de cuencas fluviales unificadas) esun modelo semidistribuido de lluvia, escorrentía y tránsito de avenidas cuyo uso se ha difundido enbuena parte de Australia, y se ha utilizado también en el valle del río Mekong y en investigaciones entodo el mundo. Los parámetros derivados y supuestos del modelo se establecen a nivel de subcuenca ylos flujos se basan en caudales de entrada ponderados por el centro de masa. El modelo URBS se puedeutilizar para eventos particulares mediante la entrada de la lluvia perdida en la cuenca o subcuenca antesde que se produzca la escorrentía, o bien se puede ejecutar en modo continuo y acoplar a un modelo depérdida de escorrentía de un tercer fabricante. Si desea aprender más sobre el modelo URBS, consultehttp://members.optusnet.com.au/~doncarroll/downloads.htm.

El modelo HBV del Instituto Meteorológico e Hidrológico de Suecia (SMHI) es otro modelo continuo deuso difundido que se puede ejecutar como modelo agrupado o semidistribuido. Este modelo se ha

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utilizado en gran cantidad de estudios en todo el mundo y se puede aplicar a pronósticos de avenidas,simulaciones de crecidas de diseño y estimación de nutrientes. Si desea obtener más información sobre elmodelo HBV, consulte http://www.smhi.se/forskning/forskningsomraden/hydrologi/hbv­1.1566.

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Modelos distribuidos

Un enfoque de modelado plenamente distribuido representa los procesos por medio de elementos demodelo discretos de alta resolución. Esto se puede realizar sobre una cuadrícula o malla, o bien mediantesubcuencas, planos de flujo, redes irregulares trianguladas o unidades de respuesta hidrológica. Esteenfoque permite generar predicciones detalladas en muchos puntos distintos en una cuenca. Para nocomplicar las cosas, utilizaremos el enfoque de celdas de malla para examinar el concepto de modeladodistribuido.

En este enfoque, cada celda cuenta con parámetros que permiten llegar a estimaciones individuales delcaudal. El caudal se puede calcular matemáticamente para cualquier punto en la cuadrícula. Unadesventaja de los modelos distribuidos es la cantidad de datos de entrada adicionales que se requierenpara cada celda. Cuando no se cuenta con estos datos, es preciso estimarlos de alguna manera, lo cualintroduce un factor de incertidumbre.

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Esta figura muestra las cuadrículas de los datos de precipitación y escorrentía superficial de una cuenca.Como llovió muy poco en la zona superior de la cuenca, no hay respuesta de caudal en el punto A. Laszonas centrales de la cuenca registraron un poco de lluvia, provocando una leve respuesta de caudal en elpunto B.

La lluvia más fuerte cayó en la zona inferior de la cuenca, la cual produce un caudal máximoconsiderable y rápido en el punto C.

Una simulación por agrupamiento de la situación en esta cuenca sólo presentaría un promedio de losefectos para toda la cuenca y no sólo subestimaría el caudal máximo en el punto C, sino que el momentode llegada del caudal máximo en el punto C se propagaría incorrectamente.

Sin embargo, el modelo distribuido es capaz de capturar la variabilidad espacial de la precipitación yproducir una simulación más aceptable en el punto C, así como estimaciones del caudal en los puntos A yB.

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Esta figura muestra los vectores de flujo aguas abajo para cada celda de la cuadrícula. Los flujos sepropagan de una celda a otra hasta la salida de la cuenca de acuerdo con parámetros y ecuaciones que sebasan en la física.

Hay que tener presente que se trata de una estimación de la trayectoria del flujo. Podemos ver que alconvertir la cuenca en una representación cuadriculada hemos dejado de lado algunas partes de la cuencay hemos incluido zonas que en realidad quedan fuera de la misma.

El antiguo Danish Hydraulic Institute, un grupo internacional de consultoría sin fines de lucro que operabajo el nombre DHI, ha desarrollado un conjunto de modelos capaces de simular varios procesoshidrológicos, según las necesidades. El modelo de lluvia y escorrentía MIKE 11 se puede ejecutar endiversas etapas de complejidad, según la necesidad del caso y los datos que estén disponibles. El modelose puede ejecutar en un modo agrupado que simula sólo el flujo superficial, el interflujo o el flujo base, obien en un modo plenamente distribuido que simula la escorrentía, los caudales propagados con métodoshidrológicos e hidráulicos y otros procesos tales como el intercambio entre el río y el acuífero. Tambiénofrece modos intermedios de lluvia­escorrentía que incluyen un paquete basado en eventos, así como unmodo de balance de humedad del suelo y un modo semidistribuido. Estos y varios otros recursos demodelado hídrico de DHI son muy populares en todo el mundo, tanto para investigación como parapronósticos operativos. Encontrará más información al respecto en el sitio web de DHI:http://www.mikebydhi.com

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La complejidad espacial y la popularidad de los modelos hidrológicos distribuidos está aumentandogracias al uso de tecnologías tales como el radar Doppler, el sistema de posicionamiento global (GPS,por sus siglas en inglés) y los sistemas de información geográfica (SIG) para crear conjuntos de datoscuadriculados georeferenciados.

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Preguntas de repaso

Pregunta 1

Los modelos agrupados no pueden tener en cuenta los detalles de distribución de la lluvia y losaccidentes topográficos de la cuenca. ¿Verdadero o falso?

a) Verdadero b) Falso

La respuesta correcta es a).

Pregunta 2

En comparación con los modelos agrupados, los modelos distribuidos _____. (Escoja todas las opcionespertinentes.)

a) tienen requisitos de cómputo más intensivos b) son menos apropiados para situaciones de crecidas repentinas c) consideran la cuenca como una unidad d) tienen en cuenta detalles tales como la lluvia y las características de la cuenca

Las respuestas correctas son a) y d).

Pregunta 3

Los modelos semidistribuidos pueden proporcionar más detalle acerca de la escorrentía potencial quelos modelos agrupados porque _____. (Escoja la mejor opción.)

a) utilizan la resolución máxima de los datos de lluvia cuadriculados b) promedian la lluvia para toda la cuenca c) estiman la escorrentía para las subcuencas dentro de la cuenca d) separan la cuenca en celdas de cuadrícula para estimar la escorrentía

La respuesta correcta es c).

Pregunta 4

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El método racional para estimar la escorrentía utiliza un coeficiente de uso del suelo denominado C quesería ____ para un centro comercial que para una zona arbolada. (Escoja la mejor opción.)

a) mucho más alto b) un poco más alto c) mucho más bajo d) un poco más bajo

La respuesta correcta es a).

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Resumen

Descripción general de la escorrentía

De acuerdo con una definición común, la escorrentía es aquella parte de la lluvia, del agua dedeshielo y del agua de irrigación que en lugar de infiltrarse en el suelo se desplaza sobre lasuperficie del suelo, hacia el cauce fluvial.

Para ciertos fines, sin embargo, la definición de escorrentía también abarca el interflujo, elagua que llega al cauce fluvial con relativa rapidez justo debajo de la superficie.

La escorrentía es el aspecto más importante del proceso de predicción de crecidas.Los tres procesos físicos del movimiento del agua del suelo son:

1. la entrada o infiltración del agua en el suelo,2. la transmisión del agua dentro del suelo,3. el almacenamiento del agua como humedad del suelo.

Los siguientes son algunos términos importantes relacionados con la escorrentía:cuenca: área que drena en un único sitio de la salidacaudal base: suministro de agua a largo plazo que mantiene el flujo en el cauceinfiltración: movimiento del agua hacia abajo a través de la superficie del suelopercolación: movimiento del agua dentro del perfil del sueloescorrentía superficial: movimiento del agua sobre la superficie del suelo hacia el caucefluvialinterflujo: movimiento relativamente rápido del agua debajo de la superficie del suelo haciael cauce fluvialescorrentía: a veces se trata de escorrentía superficial, pero puede hacer referencia a lacombinación de escorrentía superficial más interflujotasa de infiltración: cantidad de agua que puede penetrar el suelo en un período específicocapacidad de infiltración: límite superior de la tasa de infiltraciónLa escorrentía superficial equivale al índice de pluviosidad o la velocidad de deshielo menosla capacidad de infiltración.

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Trayectorias de la escorrentía

Podemos identificar dos tipos de escorrentía superficial:flujo superficial del exceso de infiltración (flujo hortoniano)flujo superficial del exceso de saturación

El flujo superficial del exceso de infiltración se produce cuando el índice de pluviosidad excede lacapacidad de infiltración y puede ocurrir incluso cuando el suelo está seco.El flujo superficial del exceso de saturación se produce cuando el suelo está saturado y no quedaespacio para que se infiltre más agua de lluvia o deshielo.El interflujo es el flujo hacia el cauce fluvial que se produce debajo de la superficie y puede ser uncomponente importante de la escorrentía.La retroalimentación por transmisividad ocurre cuando el interflujo activa una red de macroporos.

Los macroporos son espacios vacíos y conductos naturales del suelo formados por laactividad química y biológica que aumentan el interflujo.

El interflujo puede ser más intenso a lo largo de una superficie de contacto suelo­roca,especialmente si la roca madre está en pendiente.

Las capas de fragipán son áreas de roca o suelo de permeabilidad relativamente baja quepueden bloquear la percolación del agua y aumentar su movimiento en sentido horizontal.

Se producen crestas de agua subterránea cuando el agua de lluvia o deshielo superficial alcanza lacapa freática más fácilmente en un área en particular, causando la formación de una cresta quepuede aumentar el interflujo.El agua existente antes del evento de precipitación es el agua que existe en el perfil del suelocuando comienza la tormenta y es desplazada hacia el cauce fluvial por el agua que acaba deinfiltrar en el suelo. Puede se un factor muy importante que contribuye a la escorrentía comointerflujo.

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Propiedades de la cuenca

Dadas cuencas con características y coberturas de lluvia o agua de deshielo uniformes, la cuencamás grande producirá un mayor volumen de escorrentía.Como es poco común que se produzca una cobertura uniforme, la escorrentía está determinada porla parte de la cuenca que recibe la precipitación, que se denomina área de aporte.Si dos cuencas tienen la misma área pero formas distintas, la más larga y estrecha producirá unhidrograma con un caudal máximo menor y distribuido a lo largo de un período mayor encomparación con una cuenca más "ancha".En comparación con un río sinuoso, un río que tiene un curso recto responderá más rápidamente ycon un caudal máximo mayor.En comparación con una cuenca relativamente llana, una cuenca muy empinada producirá unarespuesta fluvial más rápida con un caudal máximo más alto.En comparación con un cauce fluvial con una superficie rugosa (muchas piedras y vegetación), uncauce fluvial liso producirá una respuesta fluvial más rápida con un caudal máximo mayor.La densidad fluvial es la longitud de todos los canales en una cuenca dividida por el área de lacuenca.

Una densidad de drenaje alta indica un cauce con numerosos tributarios y una escorrentíamás rápida y más eficiente.

La urbanización suele aumentar tanto el volumen como la velocidad de la escorrentía.

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Propiedades del suelo

La textura del suelo es un factor importante para prever la infiltración y el almacenamiento delagua y está determinada por el diámetro de las partículas del suelo.Las partículas de arcilla tienen el diámetro más pequeño, seguidas por las del limo y de la arena; laarena tiene las partículas más grandes.Los suelos arenosos permiten que el agua infiltre y el drene más rápidamente que los suelosarcillosos.Los suelos arcillosos pueden contener un volumen de agua mayor que los suelos arenosos, perodebido a su menor tasa de infiltración, es más probable experimentar escorrentía durante una lluviaintensa sobre suelos arcillosos. La arcilla también permanece saturada durante más tiempo que laarena.La profundidad hasta las capas impermeables como la roca madre o una capa de fragipán puedeninfluir en la cantidad de agua que la capa de suelo puede contener y en la rapidez con que se satura.

Normalmente, los suelos poco profundos se saturan más rápidamente.Las características de la superficie son muy importantes para determinar el potencial de unaescorrentía superficial rápida.

Urbanización: las superficies impermeables y compactadas aumentan la cantidad y velocidadde la escorrentía.Deforestación e incendios forestales: la eliminación de la vegetación y los efectos del fuegoen el suelo pueden aumentar la cantidad y velocidad de la escorrentía, así como la carga desedimentos en la escorrentía, especialmente en las áreas empinadas, debido a la pérdida devegetación y al aumento en la infiltración.

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Conceptos de modelado

El método racional es un modelo simple de escorrentía que utiliza el coeficiente de escorrentía poruso del suelo C para contemplar las características de uso del suelo para cuencas pequeñas.

El valor de C varía de casi cero en las zonas rurales o de bosque a casi 1 en las zonas urbanasy los estacionamientos.

Los modelos agrupados son relativamente simples, ya que la cuenca se considera como una solaunidad.

Se utilizan entradas hidrológicas y meteorológicas promediadas para la cuenca.Los modelos semidistribuidos subdividen la cuenca en una serie de subcuencas más pequeñas quelas que consideran los modelos agrupados.Los modelos distribuidos presentan los detalles de las características hidrológicas y meteorológicasrepresentando las cuencas en una cuadrícula.El enfoque de modelo distribuido:

es mucho mejor para representar la variabilidad de la respuesta hidrológica dentro de lacuenca;es más realista para modelar las inundaciones repentinas;requiere recursos computacionales más intensos que los modelos agrupados.

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