LA ESCORRENTA O ESCURRIMIENTO.

Es un trmino geolgico de lahidrologa, que hace referencia a la lmina deaguaque circula sobre la superficie en unacuenca de drenaje, es decir la altura en milmetros del agua de lluvia escurrida y extendida. Normalmente se considera como la precipitacin menos la evapotranspiracinreal y lainfiltracindel sistemasuelo. Segn la teora deHortonse forma cuando las precipitaciones superan la capacidad de infiltracin del suelo. Esto slo es aplicable en suelos de zonas ridas y de precipitaciones torrenciales. Esta deficiencia se corrige con la teora de la saturacin, aplicable a suelos de zonas depluviosidadelevada y constante. Segn dicha teora, la escorrenta se formar cuando los compartimentos del suelo estn saturados de agua.

La escorrenta tambin comprende el agua que llega al cauce fluvial con relativa rapidez justo debajo de la superficie. Junto con la escorrenta superficial, este flujo, que se denomina interflujo o flujo subsuperficial, constituye el volumen de agua que en hidrologa se conoce generalmente como escorrenta o escurrimiento.

Descripcin del proceso de escorrentaSupngase que en una cuenca se inicia un proceso de lluvia. Las primeras gotas de lluvia son retenidas y almacenadas por las hojas y tallos de la cubierta vegetal, a partir de un cierto lmite las gotas comienzan a alcanzar el suelo y despus de un breve perodo de tiempo, casi todas las gotas alcanzan el suelo.En un segundo proceso, el suelo a travs de sus capas de depsitos de restos vegetales y sobre todo en sus depresiones, almacena una cierta cantidad de agua. Es decir, se inicia el proceso de percolacin del agua a las capas inferiores (infiltracin).Cuando la capacidad de almacenamiento del suelo, ya descontada la infiltracin, est en el lmite, se inicia el proceso de circulacin superficial del agua. En esta circulacin superficial se pueden distinguir dos partes:- una correspondiente alflujo subsuperficialo mejor llamado hipodrmico, que corresponde a la capa de agua que circula prxima al suelo.- y otra alflujo superficialpropiamente dicho, que circula con mayor velocidad. Es este ltimo el que genera realmente lo que se entiende en ingeniera como escorrenta propiamente dicha.El balance final se puede expresar como P = I + E + F + A + Pneta , siendo:P= precipitacin total;I= precipitacin interceptada por la cubierta vegetal;E= evaporacin y evapotranspiracin;N= Infiltracin;A= almacenamiento del suelo (encharcamiento);Pneta= precipitacin neta o efectiva;Por ello el primer problema consistir en separar de la precipitacin total las prdidas existentes para llegar a la precipitacin neta o efectiva. Fases de la escorrentaSe distinguen dos fases fundamentales en la escorrenta:Fase de ladera.No existe cauce establecido. En esta fase se pueden dar tres tipos de circulacin:-Horton.A medida que circula el agua se infiltra.-Betson.La escorrenta empieza en un lapso corto de tiempo.-Anne.En un determinado frente influye la lnea de carga.Fase de redes fluviales. Es la fase de circulacin, en la que toda el agua que circula por laderas confluye en un cauce principal de la cuenca.Actividades que se realizan para medir el escurrimiento superficial o escorrenta:Los aforos Un aforo es la medicin del caudal instantneo de un cauce. Existen varios mtodos de medicin de la escorrenta los cuales se basan en diferentes principios fsicos. Los mtodos existentes se pueden catalogar en cuatro categoras: a) aforadores, b) velocidad rea, c) aforos qumicos y d) ultrasonido. El mtodo ms sencillo es el aforo volumtrico, el cual se puede realizar en cauces muy pequeos.

Los aforadores son estructuras hidrulicas que permiten determinar el flujo en cauces y canales. Estos aparatos tienen la ventaja de su fcil uso, sin embargo slo pueden ser utilizados en cauces medianos y pequeos. Los principales aforadores son:

Canaletas Vertederos Orificios El mtodo de Velocidad rea.

Consiste en medir la velocidad del cauce con un correntmetro o con un flotante y luego se multiplica la velocidad por el rea de la seccin del cauce para obtener el caudal. Este mtodo es el ms utilizado en ros medianos y grandes. En cauces muy pequeos es difcil obtener buenos resultados.

Aforos de caudales circulantes

El aforo de una corriente de agua es la medida del caudal circulante que pasa por una seccin en un momento determinado: Q = vS, donde v es la velocidad de la corriente y S es la seccin que es atravesada por la corriente.Los distintos mtodos para calcular el aforo son: Aforo por medida de velocidades (molinetes). Aforo por medida del nivel de agua. Aforo en una seccin de control. Aforo por trazadores.

El registro de niveles. Cualquiera que sea el mtodo de aforo, este no puede utilizarse continuamente. Para poder tener un registro continuo de la escorrenta es necesario medir el nivel del cauce mediante la colocacin de miras o de limngrafos. Los niveles son correlacionados con los gastos mediante la utilizacin de grficos o ecuaciones. Las miras son reglas graduadas que se colocan de tal manera que puedan leerse cualquier nivel del ro. Por lo general se colocan de manera escalonada en los taludes del cauce. Los limngrafos son aparatos que registran continuamente los niveles del curso de agua. Estos consisten de un sistema de tuberas que conectan el cauce con un pozo de amortiguacin dentro del cual se coloca un flotador que asciende o desciende de acuerdo a las fluctuaciones de los niveles del ro. Conectado al flotador se coloca un aparato registrador que dibuja un grfico de los niveles o el limnigrama. La aportacin de una cuenca se representa comnmente en una grfica llamada "hidrograma", que consiste en una curva que representa las oscilaciones, respecto el tiempo, del nivel del agua de un ro en una seccin dada del mismo. En el caso de un ro con un tiempo de descarga muy largo, los caudales que por l circulan al cabo de un tiempo, son el resultado de la acumulacin del escurrimiento superficial con la aportacin subterrnea.Relacin nivel gasto Cuando se utiliza el mtodo de rea velocidad, es necesario la preparacin de relaciones nivel- gasto o curva de calibracin. Para ello es necesario realizar aforos con caudales de diferente magnitud procurando abarcar un gran rango de los mismos. En cada aforo se realiza la lectura de la mira colocada en la seccin. De esa manera se tendrn pares de valores de caudal y de altura de mira. Esos valores se grafican obteniendo una curva de calibracin la cual se utiliza para estimar los caudales para los das en que no se realizan aforos. De esa manera, se pueden tener registros de caudales mediante la lectura de la mira a intervalos fijos, que pueden ser diarios o menores. En los textos de hidrologa se pueden encontrar ms detalles del mtodo. Caractersticas de la cuencaAnalizando la escorrenta superficial y estudiando el hidrograma de una cuenca se plantea el anlisis de las caractersticas fsicas de la cuenca que condicionan el hidrograma producido en ellas. Estas caractersticas superficiales son la forma, el relieve y distribucin hidrogrfica.rea.Es la magnitud ms importante que define la cuenca. Delimita el volumen total de agua que la cuenca recibe en cada.Para determinar el rea de la cuenca es necesario delimitar su contorno. Existe un primer contorno de la cuenca definido por la topografa y que delimitara la cuenca vertiente por escorrenta superficial, es decir, determina los puntos cuya escorrenta vierte a la cuenca considerada. Para ello se debe determinar la lnea lmite de la cuenca con las adyacentes localizando en primer lugar los puntos ms altos del lmite de la cuenca, posteriormente se dibuja el contorno de la cuenca, sabiendo que la escorrenta es siempre perpendicular a las curvas de nivel.Forma de la cuenca.Puede ser ms o menos redondeada. El ndice que habitualmente define la forma de la cuenca es el ndice de capacidad de Gravelius:Kc = Permetro de la cuenca / Permetro de un crculo de igual rea Kc = 0,282 (P / A1/2)DondePes el permetro de la cuenca yAes el rea. SiA > Kc, la cuenca tiene forma alargada.Relieve.El relieve es un factor importante en el comportamiento de la cuenca, ya que cuanto mayor son los desniveles en la cuenca, mayor es la velocidad de circulacin y menor el tiempo de concentracin, lo que implica un aumento del caudal de punta.La forma de cuantificar el relieve de una cuenca es por medio de lacurva hipsomtrica, en la que se representa en ordenadas alturas de la cuenca, y en abscisas la superficie de la cuenca que est por encima de esa cota. La forma de calcularla se realiza por medio de un plano topogrfico con curvas de nivel planimetrado entre cada dos curvas de nivel.*Rectngulo equivalente.Es un rectngulo que tiene la misma superficie, permetro y curva hipsomtrica que la cuenca. SiAyPson el rea y el permetro de la cuenca respectivamente,Kces el ndice de Gravelius, yLylson los lados del rectngulo equivalente, se tiene que:L / A1/2 = (Kc / 1,12) + [(Kc / 1,12)2 - 1]1/2 l / A1/2 = (Kc / 1,12) - [(Kc / 1,12)2 - 1]1/2Para calcular elndice de pendiente(Ip)y lapendiente media(Im)se utilizan las ecuaciones:Ip =[(HM - Hm) / 1000L]1/2 Ip =[(HM - Hm) / 100LR]1/2DondeHMes la cota ms alta del plano,Hmes la cota del punto de la cuenca,Les la longitud del lado mayor del rectngulo equivalente yLRes la longitud del ro.

Valores promedio de caudales medios y mnimos. Caudal mximo instantneo: Es el valor mximo de caudal registrado, que puede referirse a cada mes, o al ao correspondiente. Para su registro se necesitan mediciones continuas (limngrafos). Caudal mximo diario: Es el valor mximo de los caudales medios diarios, que puede referirse a cada mes, o al ao correspondiente. Se puede registrar con mediciones una por da (limnmetros). Caudales mnimos: Se refieren a los valores mnimos de caudales, instantneo o diario, pudiendo referirse a valores mensuales o del ao. A menudo estos caudales mnimos se refieren al valor medio de un nmero consecutivo de das.Las curvas de duracin de caudalesEs una curva que expresa qu porcentaje de tiempo el caudal es superior a un determinado valor. Para su obtencin se ordenan todos los datos de caudales medios diarios de mayor a menor, y se van calculando los distintos puntos de la curva. En abscisas se indica el porcentaje de das en que el caudal ha sido igual o superior a un determinado valor, y en ordenadas se indica dicho valor. El dato de caudal puede expresarse en trminos absolutos, como porcentaje del mdulo anual, o como caudal especfico (por unidad de superficie).Indica el rango de fluctuacin de los caudales en el periodo de estudio, y en ella influye la geologa, condicionando los caudales mnimos (especialmente en cuencas pequeas).Curvas de frecuencia de caudales

Indican la proporcin de aos en que se supera o excede un determinado caudal o, de forma equivalente, el intervalo medio en aos en que el caudal del ro desciende por debajo de un determinado valor.Tanto para el estudio de las avenidas (caudales mximos) como para el de caudales mnimos, es necesario crear la serie de datos anuales (un valor extremo por ao) y ajustar una funcin de distribucin de valores extremos, como la de Gumbel o cualquier otra similar, a las frecuencias observadas calculadas segn una de las frmulas propuestas como la de Weibull, m/(n+1), donde m es el rango de cada valor, y n el nmero de aos de la serie.La serie de valores extremos se ordena de forma que el caudal mayor corresponda al rango m=1, y el segundo en magnitud al rango m = 2, y as hasta llegar al caudal ms pequeo, correspondiente al rango m = n (donde n es el nmero de aos de la serie). En el caso de existir valores iguales en la serie, a cada uno de ellos se le asigna un rango diferente consecutivo.Con la frmula de Weibull, u otra equivalente, se calculan las probabilidades de excedencia o su inversa, el periodo de retorno a que corresponden, y estos valores se pueden representar grficamente para comprobar el grado de ajuste de los mismos a la funcin de distribucin seleccionada.

Hidrograma real de una cuenca Se denominahidrogramade una cuenca en un punto al registro de caudales circulantes en funcin del tiempo. Se denominatiempo de lluviaal perodo de tiempo en el que la lluvia produce escorrenta.En el hidrograma se distinguen las siguientes partes:a) Caudal de base.Corresponde al caudal circulante por el ro antes de iniciarse la lluvia y despus de que los efectos de la lluvia han desaparecido.b) Curva de concentracin.Es la rama ascendente del hidrograma, funcin de la intensidad y distribucin de la lluvia as como de las caractersticas de la cuenca. Las condiciones iniciales de la cuenca (humedad del suelo, vegetacin, etc.) influyen decisivamente en la curva de concentracin.c) Punta del hidrograma.Es el punto de caudal mximo.d) Curva de bajada.Es la primera parte de la rama descendente del hidrograma.e) Curva de agotamiento.Corresponde a la parte final de la curva de bajada del hidrograma y contiene los caudales subterrneos que corresponden a menores velocidades de circulacin del agua. Los caudales hipodrmicos o subsuperficiales son intermedios a los anteriores y sus valores mayores corresponden al entorno del punto de inflexin de la curva de bajada del hidrograma.f) Tiempo de punta.Es el tiempo transcurrido desde que se inicia la curva de concentracin hasta el momento de producirse la punta del hidrograma.g) Tiempo de Base.Es el tiempo transcurrido entre el inicio de la curva de concentracin y el punto de inflexin que identifica el final de la curva de bajada.h) Tiempo de concentracin.Es el tiempo transcurrido desde el final de la lluvia neta hasta el momento en que acaba la curva de bajada, es decir, el final de la escorrenta superficial.Anlisis de un hidrograma En el anlisis de un hidrograma se ha considerado la separacin entre los caudales procedentes de la escorrenta superficial, la subsuperficial o hipodrmica y los caudales subterrneos.La escorrenta superficial inicia y finaliza el hidrograma en primer lugar. El caudal subterrneo presenta un hidrograma retrasado y mucho ms plano; el hidrograma producido por caudales subsuperficiales e hipodrmicos est en una situacin intermedia.El problema prctico que se plantea es siempre el inverso, es decir dado un hidrograma real separar la parte correspondiente al hidrograma de escorrenta superficial. Es un problema que se aborda por mtodos experimentales siempre partiendo del mximo nmero de datos y con conocimientos prcticos.En primer lugar es necesario dibujar los hidrogramas existentes y localizar en ellos los puntos A y B de inicio de la curva de concentracin y de inflexin en la curva de bajada.Para ello se dibujarn las tangentes que rectifican cada uno de los tramos.Otro mtodo consiste en fijar el punto B en funcin de la frmulaN = 0.827A0,2, dondeNes el nmero de das yAes el rea de la cuenca en km2A pesar de que el flujo base de un arroyo o ro es relativamente constante, la descarga total del escurrimiento flucta grandemente en el ao. Esto se debe a los perodos de precipitacin que contribuyen al flujo, interflujo y la precipitacin directa sobre el cauce del ro o arroyo. Para la mayora de las cuencas de drenaje, la precipitacin directa contribuye muy poco al cauce. El interflujo es un factor que puede ser altamente variable, dependiendo de la geologa de la cuenca de drenaje. El factor principal en un hidrograma de tormenta es el flujo superficial, que se asume termina aproximadamente poco despus del pico de la tormenta. Puede calcularse aproximadamente con la frmula:D = A0.2Donde:D = nmero de das entre el pico de la tormenta y el fin del flujo superficialA = cuenca de drenaje (km2)O:D = 0.827 A0.

Note que estas ecuaciones son empricas y son dimensionalmente incorrectas. El valor exponencial de 0.2 es arbitrario. La cantidad obtenida con D va a depender de muchas caractersticas, como la pendiente, vegetacin, densidad de drenaje, etc.