Escorrentia Superficial

5 .ESCORRENTIA

SUPERFICIAL

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5.1 CONSIDERACIONES GENERALES.

En los estudios hidrológicos es sumamente importante el conocimiento de las características del caudal que drena una cuenca determinada, así como conocer el valor máximo o caudal pico que se espera para un período de retorno dado, o el caudal mínimo para ciertas condiciones meteorológicas presentes. Otras veces se requiere del conocimiento del rendimiento anual, mensual o medio, a largo plazo; es decir, del volumen de agua que se puede extraer de la cuenca para satisfacer algún requerimiento o demanda.

El agua proveniente de la precipitación que excede a la capacidad de retención superficial, fluye por diversos caminos hacia la red de drenaje y se mide y evalúa en algún sitio de interés del cauce como escorrentía o escurrimiento. Al punto de interés se denomina como la estación hidrométrica de salida y es el punto más bajo de la cuenca, en este punto se mide el caudal o gasto.

El caudal Q o gasto de una corriente se define como el volumen de agua por unidad de tiempo que pasa por la sección transversal del cauce en la estación hidrométrica de salida, y se expresa en metros cúbicos sobre segundos ó en litros sobre segundos.

El caudal puede expresarse de acuerdo con la ecuación de continuidad, como sigue:

Q = v * A (5.1)

Donde: v es la velocidad media de la corriente en m/s y A, el área de la sección transversal de la estación de aforos o sección de salida, en m2.

El registro sistemático del caudal de una corriente superficial se hace comúnmente en términos del caudal medio diario, que se obtiene ordinariamente mediante la medición de niveles en una estación de medición, los cuales se convierten a un registro de caudales mediante las denominadas curva de gastos o curva de relación altura – caudal.

EL CICLO DEL ESCURRIMIENTO

Los componentes del escurrimiento evolucionan según un ciclo que depende de la naturaleza de la fuente de abastecimiento y está constituido por cinco fases que se describen a continuación:

a) La primera fase se inicia con un período seco que se prolonga hasta el inicio de la lluvia. En esta fase, el nivel freático se encuentra bajo y con una tendencia a seguir disminuyendo progresivamente. Es la época de estiaje en la el caudal de los cauces de flujo permanente se mantiene debido al aporte de los acuíferos. En los ríos de flujo intermitente el caudal base se agota totalmente y el río se seca.

b) La segunda fase comienza al iniciarse la lluvia. La precipitación se reparte entre la cae en la superficie del cauce, la que va a conformar la retención superficial, y la que se infiltra. Al empezar la lluvia, el agua interceptada por el follaje de la vegetación (almacenamiento por intercepción) queda expuesta a la evaporación; si la lluvia es de baja intensidad y poca duración puede quedar totalmente retenida sin llegar a la superficie del terreno y luego regresar a la atmósfera por evaporación. Si la intensidad de la lluvia es mayor que la deficiencia de humedad del suelo habrá un aumento gradual del contenido de humedad en la zona de aireación. En esta fase no hay escurrimiento, salvo el que cae sobre el cauce o sobre aquellas superficies impermeables.

c) La tercera fase es la que sigue a una lluvia intensa; después de saturarse la retención superficial, se da inicio a la escorrentía superficial. El agua que se infiltra satura la zona de aireación, dando inicio al escurrimiento subsuperficial y a la percolación. Si el nivel del cauce aumenta por encima del nivel freático, la corriente cambia de efluente a influente. Los valores de evaporación y evapotranspiración son pequeños.

d) La cuarta fase se da cuando la lluvia continúa; se llega al nivel máxima de recarga y toda el agua contribuye al aumento de caudal. En las zonas bajas o pantanosas ocurren inundaciones si el cauce no posee suficiente capacidad como para desalojar la escorrentía superficial.

e) La quinta fase comprende el período señalado entre la culminación de la lluvia y la recuperación de las condiciones de la primera fase; normalmente requiere un tiempo prolongado entre estas dos fases. La infiltración cesa y el agua que excede a la humedad del suelo fluye hacia los cauces o los acuíferos. En esta fase la evaporación es muy activa.

COMPONENTES DEL CAUDAL

El escurrimiento o caudal se conforma de cuatro procesos o componentes que se diferencian por el tiempo que tardan en llegar a la estación de medición y por la vía de llegada: Escurrimiento superficial, escurrimiento subsuperficial, escurrimiento subterráneo y lluvia que cae sobre el cauce.

a. El Escurrimiento Superficial.

Viene a ser el agua, proveniente de las precipitaciones, que fluye por gravedad sobre la superficie del terreno, siguiendo la pendiente natural; este componente del caudal es retardado por las irregularidades del suelos y la cobertura vegetal; se hace más rápido a medida que se acerca a los cursos de drenaje, donde adquiere mayor velocidad. Por lo tanto, una cuenca con una red hidrográfica densa descarga el escurrimiento superficial con una mayor prontitud que otras con redes menos densas. El caudal máximo ocurre cuando llega a la estación de salida l escurrimiento superficial de la parte media de la cuenca, o cuando toda el área de la hoya esté aportando escorrentía. El escurrimiento superficial depende de factores como la naturaleza de la cuenca, topografía, manto vegetal, estado de humedad inicial y característica de la precipitación. Una lluvia corta de baja intensidad en terrenos permeables y secos producirá muy poco o ningún escurrimiento superficial; en terreno impermeable o suelos saturados, esa misma precipitación originará un escurrimiento superficial de cierta importancia.

b. El escurrimiento subsuperficial.

Denominado también interflujo o caudal hipodérmico es aquel que proveniente de las precipitaciones que se han infiltrado y que se desplaza lentamente por debajo, pero cerca de la superficie, sin llegar al nivel freático o agua subterránea, de forma tal que tiende a ser casi horizontal para aflorar en algún talud o en algún sitio de la superficie situado más abajo del punto de infiltración. Es igual a la diferencia entre el agua total infiltrada y la suma de la que repone la humedad del suelo y la que percola a los estratos impermeables (que llega al nivel freático). Varía con la con la naturaleza geológica del suelo y la topografía. Un estrato relativamente impermeable cercano a la superficie es un factor decisivo en el escurrimiento subsuperficial.

c. El escurrimiento subterráneo o flujo base.

Está formado por el agua infiltrada que percola hacia la zona de saturación del perfil del suelo, incrementando el nivel de las aguas subterráneas y sale a la red hidrográfica debido a la gradiente hidráulica, originando el caudal base de los ríos. Es el caudal de estiaje o de la estación seca del año y desempeña un papel regulador del nivel freático. También depende de la estructura y geología del suelo y subsuelo, de la intensidad de la lluvia y de las características físicas del perfil del suelo, entre las cuales, la principal es la permeabilidad.

La recarga de agua subterránea varía de un sitio a otro y de una época del año a otra debido a las condiciones de entrada que son variables y del carácter de la precipitación. El agua de la lluvia que ocurre en exceso al humedecimiento del suelo, es decir, después que se satisface la diferencia de humedad del suelo entre el momento en que se inicia la precipitación y el momento en el cual el suelo se satura, es la que recarga al reservorio o almacén de aguas subterráneas. Una condición que afecta considerablemente la recarga es el tipo de vegetación. Una zona boscosa produce mayor recarga que un terreno arable, el agua es limpia y no obstruye los intersticios de penetración. La topografía del terreno influye en la recarga, pues en zonas de grandes pendientes es mayor el escurrimiento superficial que el subterráneo, ya que, a mayor pendiente, menor oportunidad para que las aguas se infiltren.

En realidad no existe una separación definida entre los tres componentes del escurrimiento descritos. El agua proveniente de las precipitaciones que comienza su trayectoria hacia el cauce en forma de escurrimiento superficial puede infiltrarse y continuar como escurrimiento subsuperficial, y puede suceder que éste, a su vez, aflore y se convierta en escurrimiento superficial, o que percole para continuar como escurrimiento subterráneo.

d. La precipitación directa sobre el cauce.

Es la porción de la lluvia, generalmente de pequeña magnitud, que desde el primer momento cae directamente sobre el curso de agua, cabalga sobre el flujo del cauce sin haber discurrido previamente por alguna de las vías que hemos indicado más arriba. Al extenderse la superficie de las corrientes captará ligeramente más precipitación en beneficio del caudal del cauce, el cual aumenta mientras continúa la lluvia. Este componente del escurrimiento puede ser importante si la cuenca contiene cuerpos de agua de grandes dimensiones, como lagos naturales o artificiales (presas o embalses).

En la práctica, se estima que el escurrimiento total de una corriente se conforma sólo por dos componentes: 1) un escurrimiento directo, constituido por la escorrentía superficial, la lluvia que cae sobre los cauces y el flujo subsuperficial; y 2) otro, denominado escurrimiento base o caudal de estiaje constituido por el caudal subterráneo. La lluvia que cae sobre los cauces es el componente que llega más rápido a

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