La precipitación al caer en la superficie del suelo se distribuye en diferentes partes, algunas de ellas pasando a formar parte de la escorrentía casi inmediatamente y otras permaneciendo estancadas por periodos variables dentro del suelo. La Figura 8.1 da una idea de esa distribución, la cual se refleja claramente en el hidrograma que describe la formación de la onda de avenida correspondiente. En esa figura se identifican los cuatro componentes más importantes de la escorrentía, como son la escorrentía superficial y la subsuperficial, así como el flujo base y la precipitación directa en el cauce, siendo que la importancia relativa de cada parte varía durante la ocurrencia de la propia precipitación y, en general, sin existir superposición en el inicio de cada fase.
Un análisis criterioso del hidrograma total, conforme es obtenido en la estación hidrométrica, permite identificar los elementos constitutivos de la escorrentía
CAPÍTULO 8:
ESCORRENTÍA SUPERFICIAL
Intercepción y evapotranspiración Retención depresiones Racarga del acuífero Flujo subterráneo Flujo hipodérmico Escorrentía superficial Infiltración Contribución al canal Altur a de pr ecipitación por unidad d e tiem p o
Tiempo a partir del inicio de la precipitación
Figura N° 8.1: Componentes de la escorentía Precipitación sobre la superficie líquida
Hidrología Aplicada Capítulo 8: Escorrentía Superficial
ilustrados en la Figura 8.2 La rama ascendente termina en el pico del hidrograma y a partir de allí se inicia la rama de recesión, hasta un punto que marca el fin de la escorrentía superficial y el comienzo de la curva de recesión del acuífero, ya que a partir de allí el curso de agua pasa a ser alimentado por las reservas subterráneas, hasta la ocurrencia de una nueva lluvia. La forma del hidrograma, caracterizada por la altura del pico, o tiempo pico y el tiempo base, depende de la distribución de la precipitación en la cuenca y de las características físicas del área de drenaje.
Durante una precipitación, una parte de ella es permanentemente usada para saturar las capas superiores del suelo (infiltración); esa pérdida se suma a la intercepción de las plantas y a los volúmenes almacenados en las depresiones del terreno; cuando esas necesidades son satisfechas, se inicia la escorrentía superficial en forma de una lámina de agua sobre la superficie del suelo, que escurre buscando pequeñas canaletas naturales, los cuales se juntan en torrentes y estos a su vez en riachuelos y ríos, llamándose estas últimas como cursos de agua, dado su carácter permanente.
En los ríos perennes, un curso de agua natural transporta una cierta cantidad de caudal base durante el año entero, proveniente de las reservas de agua subterránea de los acuíferos. La descarga debida a la precipitación efectiva, esto es, después de retiras las pérdidas, constituye el hidrograma de escorrentía superficial; la llegada de esa escorrentía al cauce fluvial es el que causa la elevación del hidrograma (inicio de la rama ascendente). En la medida en que la lluvia continúa, partes de la cuenca más distantes de la salida pasan a contribuir a la escorrentía; en consecuencia, la duración de la lluvia determina la porción de la cuenca que participa en la formación del hidrograma y la intensidad de la lluvia en ese periodo determina la magnitud de la descarga máxima.
A pesar de haber sido mencionadas cuatro fases de la escorrentía, en la mayoría de los análisis el flujo subsuperficial y la precipitación directa en el canal son tratados conjuntamente con la escorrentía superficial, en lugar de recibir un procesamiento individual; la escorrentía subsuperficial es aquella que ocurre al nivel de la capa radicular del suelo, con velocidad inferior a la del flujo superficial y mayor que el del flujo subterráneo; alcanza los cauces fluviales con relativa rapidez, razón por la cual se engloba a la esorrentía superficial, como fue mencionado.
• CG fin de la escorreentía superficial Q pico Tretardo T pico T base • Hietograma CG hidrograma t P Q Curva de recesión
Hidrología Aplicada Capítulo 8: Escorrentía Superficial
El flujo base es formado por el agua que percola hasta alcanzar el almacenamiento subterráneo y más tarde sale en forma de flujo base. El hidrograma de flujo subterráneo puede o no sufrir incremento durante la ocurrencia de un evento lluvioso; los volúmenes de agua almacenados durante una determinada lluvia son normalmente liberados al largo de periodos muy extensos (días para pequeñas cuencas y meses o años para cuencas grandes).
La esorrentía superficial propiamente dicha está constituido por el agua que escurre sobre la superficie del suelo hasta alcanzar los cauces naturales. En las grandes tormentas, es una parte proporcionalmente más importante entre los componenetes del hidrograma.
Si la precipitación se mantiene con intensidad constante durante un tiempo suficientemente largo, se alcanza un estado de equilibrio en las descargas, como la curva A de la Figura 8.3. El instante en el cual eso ocurre indica el momento en el cual toda la cuenca pasa a contribuir para la escorrentía en la sección de salida; de allí en adelante la entrada (lluvia) iguala la salida (caudal). Sin embargo esa condición de equilibrio es rara vez alcanzada en la naturaleza; lo que normalmente ocurre es la situación representada por la curva B de la misma figura, donde la lluvia termina antes de ser alcanzado ese punto, iniciándose el descenso del hidrograma luego después del fin de la precipitación, dando caudal a las aguas acumuladas en la cuenca.
En la mayor parte de los estudios hidrológicos es necesario un análisis del hidrograma para descomponerlo en sus fases más importantes; en la generalidad de los casos, mientras tanto, una simple separación de la escorrentía superficial y base es suficiente, usando técnicas existentes que serán abordadas más adelante.