
La capacidad de estimar con exactitud la escorrentía que producirán la lluvia y el deshielo es uno de los aspectos más importantes del proceso de predicción de crecidas.
En esta sección se define el concepto de escorrentía y se presentan algunos términos importantes para analizar el proceso lluvia-escorrentía. Consideraremos la escorrentía producida tanto por la lluvia como por el deshielo, y su relación con el proceso de pronóstico hidrológico en general.
En esta sección aprenderá a:

Es común definir la escorrentía (o escurrimiento) como aquella parte de la lluvia, del agua de deshielo y/o del agua de irrigación que, en lugar de infiltrarse en el suelo, fluye hacia el cauce fluvial desplazándose sobre la superficie del suelo. A veces se denomina escorrentía superficial o de superficie.
Para ciertos fines, sin embargo, la definición de escorrentía también abarca el agua que llega al cauce fluvial 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 se conoce generalmente como escorrentía.

El motivo principal por el cual estudiamos el proceso de escorrentía es la necesidad de estimar la cantidad de agua que alcanza rápidamente el cauce fluvial. La escorrentía es el elemento más importante de la predicción de crecidas y puede consistir de agua pluvial o del agua generada por el derretimiento de la nieve y del hielo. Las condiciones en la cuenca hidrológica determinan la proporción de lluvia o nieve que 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 caudal correspondiente que se descargará en el cauce.

El movimiento del agua en el suelo es el resultado de tres procesos físicos: entrada, transmisión y almacenamiento. El proceso de entrada, que también se denomina infiltración, ocurre en el límite entre el agua y la superficie del suelo. La transmisión es la percolación, tanto vertical como horizontal, que puede producirse a cualquier profundidad en la capa del suelo. El almacenamiento puede ocurrir en cualquier 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 dos categorías principales: efectos naturales y efectos antropogénicos (es decir, producidos por la actividad humana). A diferencia de los procesos naturales, que pueden tener varios efectos, la actividad humana suele reducir la cantidad de agua que penetra en el perfil del suelo y, por consiguiente, aumenta la escorrentía en la superficie del suelo.
Utilizamos varios términos para describir los procesos de escorrentía. A continuación encontrará la definición de algunos de los que se tratan con más detalle en las secciones posteriores de esta lección.
Empleamos los términos cuenca, cuenca de drenaje y cuenca hidrológica (o hídrica o hidrográfica) para describir el área que contribuye a la escorrentía. En términos generales, la escorrentía comienza en la divisoria de las aguas que marca el perímetro de la cuenca. Toda la escorrentía dentro de una cuenca drena en un único sitio, es decir, la salida o desagüe de la cuenca.

El caudal base o flujo base es el suministro de agua a largo plazo que mantiene siempre al menos un poco de agua en el cauce, incluso durante los períodos prolongados de sequía. El caudal base proviene del 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 a menudo se usa como equivalente de percolación, en realidad el término percolación se refiere al movimiento del agua dentro del suelo, mientras infiltración se refiere específicamente al proceso por el cual 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 el cauce fluvial que típicamente se produce durante las 72 horas posteriores a la infiltración del agua en la superficie. Este proceso es más común en las áreas donde el suelo es profundo.
La escorrentía o escorrentía directa puede referirse solo a la escorrentía superficial, pero a veces empleamos este término para hablar de la combinación de escorrentía superficial e interflujo. Por lo tanto, suele representar el movimiento al cauce fluvial del agua que no forma parte del caudal base.
La tasa de infiltración es la cantidad de agua que puede penetrar el suelo en un período específico. Se expresa 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 la superficie 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 escorrentía superficial.
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 la capacidad de infiltración.
Por ejemplo, si el índice de pluviosidad aumenta a 25 mm por hora pero la capacidad de infiltración sigue siendo 15 mm por hora, el índice de pluviosidad es 10 mm por hora mayor que la capacidad de infiltración. Los 10 mm por hora que no se infiltran se transforman en escorrentía superficial.
En términos simples, la escorrentía es aquella parte de la lluvia, del agua de deshielo y del agua de irrigación que alcanza rápidamente el cauce fluvial _____.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es b).
Cuando el índice de pluviosidad equivale a la capacidad de infiltración, _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son a) y d).

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 del evento de precipitación. También consideraremos los efectos del clima, la geografía y la humedad antecedente.
En esta sección aprenderá a:

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 están saturados. De hecho, el suelo puede estar muy seco, pero debido a las propiedades del suelo o de la cubierta del suelo, el proceso de infiltración no puede absorber el agua producida por un aguacero o un deshielo rápido.
El flujo superficial del exceso de saturación ocurre cuando el suelo está saturado y no queda espacio para que se infiltre más agua. Esto puede ocurrir incluso en suelos que normalmente, en condiciones subsaturadas, permiten la infiltración de grandes cantidades de agua.
El exceso de infiltración es el resultado de un índice de pluviosidad o una velocidad de deshielo que excede la capacidad de infiltración. El agua que no puede infiltrarse se convierte en escorrentía superficial.
Por ejemplo, si el suelo tiene una capacidad de infiltración de 15 mm por hora y llueve a un ritmo de 25 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 el suelo subyacente está seco.
El fenómeno de exceso de infiltración se observa con mayor frecuencia durante episodios de lluvia breves e intensos. Es también más común donde los suelos tienen un alto contenido de arcilla y la superficie 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.
El exceso de saturación se produce cuando las capas del suelo se saturan hasta tal punto que ya no permiten la infiltración de más agua.
Esto es más común en episodios de lluvia leve a moderada de larga duración, o bien durante el último de una 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 hora durante cuatro horas. Al cabo de tres horas de infiltración, el suelo queda saturado. Durante la cuarta hora del episodio, al ritmo de 10 mm/h el agua ya no puede infiltrarse en el suelo saturado y se convierte en flujo superficial del exceso de saturación.

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. Esta fotografía muestra un terreno donde el suelo típicamente es capaz de absorber grandes cantidades de agua. La presencia de agua estancada durante un episodio de lluvia leve sugiere que la saturación del suelo impide la infiltración de más agua. El resultado es el flujo superficial del exceso de saturación.

El interflujo, que también se conoce como flujo subsuperficial, es el flujo relativamente rápido hacia el cauce 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 un factor tan importante como la escorrentía superficial para el pronóstico de los aumentos rápidos en el nivel del cauce fluvial. De hecho, en las regiones con altas tasas de infiltración y terreno empinado el interflujo puede ser el proceso predominante en la reacción de los ríos tras un episodio de lluvia o el deshielo.
Este proceso es más frecuente en zonas húmedas con suelos profundos. No obstante, el interflujo puede aportar una cantidad considerable de agua en las regiones con suelos poco profundos si existe una capa impermeable (por ejemplo, de roca firme) debajo de la capa de suelo de superficie, que es más permeable.

Un proceso de escorrentía que contribuye al interflujo es la retroalimentación por transmisividad. Este proceso 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 rutas preferentes para el movimiento del agua cuesta abajo. Los macroporos pueden formarse de diversas maneras, por ejemplo la descomposición de las raíces de las plantas, los túneles de los animales e insectos 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 cantidades considerables de materia orgánica. Por lo tanto, es más probable que haya un interflujo sustancial por las redes de macroporos en las regiones de clima húmedo.

La existencia de una superficie de contacto suelo-roca intensifica el interflujo. Suele haber contacto suelo-roca en zonas con topografía empinada, donde la capa del suelo es considerablemente más permeable que la roca sólida subyacente. El agua de lluvia o deshielo se infiltra en poco tiempo hasta la superficie de contacto con la roca y después se desplaza rápidamente cuesta abajo a lo largo de dicha superficie.
A veces existe una estructura llamada fragipán. Las capas de fragipán son de baja permeabilidad, como la roca o la arcilla, y pueden también contribuir a concentrar el flujo subsuperficial lateral. Las zonas de fragipán, que pueden existir en niveles relativamente poco profundos, juegan un rol importante en la intensificación del interflujo e incluso de la escorrentía superficial una vez que las capas de suelo arriba de ellas queden saturadas.
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 próxima a 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 más rápidamente de lo que es el caso cuesta arriba, más lejos del arroyo. El nivel de la capa freática sube más rápidamente cerca del cauce fluvial que en las zonas más alejadas y forma una cresta de agua subterránea en proximidad del arroyo. Debido al gradiente entre la cresta de agua subterránea y el cauce fluvial, el interflujo hacia el arroyo es más rápido
Si la cresta de agua subterránea alcanza la superficie del suelo, genera un flujo superficial del exceso de saturación que contribuye a la escorrentía superficial.
Cierta parte del interflujo que llega rápidamente al cauce fluvial no es necesariamente producto del episodio de lluvia actual. En estos casos, las capas del suelo ya contienen una cantidad considerable de agua, que se desplaza a medida que más agua se infiltra en el suelo. El agua que entra en el arroyo inmediatamente después de una lluvia o de un período de deshielo rápido puede pertenecer a un evento de precipitación anterior, es decir, se trata de agua que existía antes del evento de precipitación. Varios estudios han demostrado que a menudo en regiones de clima húmedo el agua existente antes del evento de precipitación es el factor que más contribuye a los aumentos rápidos del nivel de los cursos fluviales.
¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable después de una lluvia intensa de 30 minutos de duración?
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es b).
¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable después de 48 horas de llovizna constante en un bosque?
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es a).
¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable en un llano con vegetación densa?
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es a).
¿Qué tipo de escorrentía superficial es más probable en una zona urbana?
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es b).
Aunque el agua presente antes de un episodio de lluvia considerable puede contribuir a la escorrentía como “agua existente antes del evento de precipitación”, nunca constituye un componente principal de la escorrentía.
(¿Verdadero o falso?)
La respuesta correcta es b).
El interflujo puede ser más importante que la escorrentía superficial en la generación de un aumento rápido del nivel de los arroyos en _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son b) y c).
Los macroporos _____ el interflujo porque crean _____ para el flujo del agua.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es b).
La formación de crestas de agua subterránea reduce el flujo al cauce porque bloquea el interflujo.
(¿Verdadero o falso?)
La respuesta correcta es b).


Las propiedades físicas de una cuenca de drenaje y sus cursos fluviales influyen en la cantidad de escorrentía generada y su desarrollo temporal. Dichas propiedades pueden ser el resultado de factores naturales y de factores causados por la actividad humana.
En esta sección aprenderá a:

El tamaño del área de aporte de la lluvia en una cuenca influye directamente en el volumen total de escorrentía que drena de la cuenca.
No parecerá sorprendente que la comparación de una lluvia uniforme sobre una cuenca más grande y otra más pequeña revela que la cuenca más grande produce un mayor volumen de escorrentía. En igualdad de circunstancias, un área de drenaje el doble del tamaño puede generar dos veces el volumen de escorrentía que una cuenca de menor extensión.

Como en la mayoría de los casos las tormentas solo cubren parte de una cuenca, lo más común es que el volumen 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.
De forma análoga, considere dos cuencas de forma similar, una más grande que la otra. La escorrentía que se desplaza del punto más lejos aguas arriba de la cuenca más grande tiene que recorrer una mayor distancia y, por lo tanto, tarda más en alcanzar la salida de la cuenca que la escorrentía que proviene del punto más lejos aguas arriba de la cuenca más pequeña. Además, es probable que una tormenta solo afecte a una parte de la cuenca más grande en un momento dado, mientras que puede cubrir toda la cuenca más pequeña.
La forma de la cuenca también influye en la magnitud y el desarrollo temporal del caudal máximo en la salida de la cuenca.
Considere dos cuencas de área igual, pero una de forma larga y estrecha y la otra más ancha. Considere ahora el recorrido de la escorrentía a medida que se desplaza desde el punto más lejano de la cuenca hasta la salida correspondiente. La escorrentía de la cuenca más ancha llegará más rápidamente a la salida de la cuenca.
Además, es más probable que el agua proveniente de varios lugares de esta cuenca alcance la salida al mismo tiempo, lo cual produce un caudal máximo mayor. En contraste, es menos probable que el agua proveniente de distintos lugares de la cuenca larga y estrecha llegue al mismo tiempo.

Los meandros del cauce fluvial aumentan la distancia que el agua debe recorrer desde el comienzo hasta el final del curso del río.
Considere una cuenca con cauces fluviales sinuosos. Si elimináramos todos los meandros, el agua recorrería una distancia menor. Esto también reduciría el tiempo que tarda el agua en alcanzar la salida de la cuenca y el tiempo disponible para que el agua se infiltre en el suelo a través del fondo del lecho fluvial.
Los meandros aumentan el tiempo de viaje de la escorrentía a través de la cuenca y pueden reducir el volumen de escorrentía en general.
Encontrará información adicional sobre la formación de estructuras tales como los meandros fluviales en la lección de geomorfología fluvial de la Facultad de Ciencias Ambientales e Ingeniería Forestal de la State University of New York (SUNY ESF): http://staticweb.fsl.orst.edu/fgmorph/fgmorph/ (en inglés).
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, el contacto del agua con la superficie deja de ser perpendicular. En las pendientes, la fuerza de gravedad ya no atrae el agua directamente hacia el suelo, de forma que una mayor parte se convierte en escorrentía superficial.
Otro factor es el movimiento del agua sobre la superficie terrestre. A medida que aumenta la pendiente del suelo, el agua se desplaza con mayor rapidez y permanece menos tiempo en contacto con la superficie, lo cual reduce el tiempo que tiene para infiltrarse.

Otro factor importante es la cantidad de sedimento transportado por el agua. La erosión es el resultado de la eliminación del sedimento del suelo por parte del agua. Aunque depende del tipo de suelo y de la vegetación, por lo general la erosión aumenta a medida que aumenta la pendiente. Cuando el agua transporta mucho sedimento, los poros en la superficie del suelo que normalmente permiten la penetración 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 la respuesta del flujo y tanto mayores las descargas máximas.


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 se desplaza por el canal y la altura del nivel máximo. En hidrología, la ecuación de Manning se usa a menudo para calcular el factor de rugosidad.

Cuanto mayor la rugosidad, tanto más turbulento será el flujo. Un flujo más turbulento produce una escorrentía más lenta y flujos menos rápidos. El resultado es más tiempo para la infiltración y la creación de una onda de crecida más ancha con descargas máximas menores de lo que es el caso en situaciones de escorrentía más rápida.
Por otro lado, la reducción de la rugosidad del canal produce flujos más rápidos y caudales máximos mayores.
Encontrará más información acerca de la ecuación de Manning en la sección cuatro de la lección Tránsito de avenidas: Propiedades de los cursos fluviales y ecuaciones de flujo.
Denominamos densidad de drenaje a la suma de la longitud de todos los canales en el interior de una cuenca dividida por el área de la cuenca. La densidad de drenaje es una de las características más importantes para evaluar la escorrentía potencial.
La densidad de drenaje de una cuenca con muchos afluentes es mayor que la de una cuenca con pocos afluentes. Cuando la densidad de drenaje es mayor, la cuenca puede drenar de forma más eficiente después de una tormenta. Si el drenaje es más eficiente, el agua se desplaza más rápidamente a los arroyos y riachuelos, con el resultado de que los caudales máximos de las tormentas son mayores y se producen más rápidamente.
Normalmente, las cuencas con densidades de drenaje menores tienen suelos profundos y bien desarrollados. En este caso, es más probable que el agua penetre el suelo en lugar de convertirse en escorrentía superficial e incorporarse a la red de canales fluviales.

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 escorrentía adquiera mayor magnitud y velocidad.

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

Las características urbanas, como los arcenes de las calles y los muros de contención, pueden dividir una cuenca natural en subcuencas más pequeñas. Las zonas de drenaje más pequeñas responden mucho más rápidamente 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 aumentan la densidad de drenaje. Una mayor densidad de drenaje resulta en una escorrentía más rápida hacia los cauces fluviales.
En comparación con un lecho fluvial natural, las superficies de las calles, las alcantarillas y los sistemas de drenaje pluvial tienen superficies lisas. La menor rugosidad superficial permite un movimiento mucho más rápido de la escorrentía hacia los cauces fluviales principales de lo que sería el caso en condiciones más naturales.

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

A veces, las obras de canalización implican enderezar el arroyo urbano y eliminar los meandros. Esto reduce la distancia que el agua atraviesa desde el comienzo de la cuenca de drenaje. También aumenta la pendiente, ya que el cambio de elevación sigue siendo igual, pero abarca una distancia menor. Debido a la reducción de la distancia del trayecto y el aumento en la pendiente, la escorrentía produce una respuesta de crecida mucho más rápida.
En términos generales, en los entornos urbanos la escorrentía ocurre más rápidamente y una mayor parte de la escorrentía alcanza los ríos de lo que es el caso en los entornos rurales.
La escorrentía suele ser más eficiente (es decir, más rápida y más abundante) cuando _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son a) y d).
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 la cubierta de la superficie, la profundidad hasta las capas impermeables y las modificaciones del suelo provocadas por la actividad humana o por procesos naturales.
En esta sección aprenderá a:

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

El triángulo de clasificación de suelos del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA), que se basa en el sistema de clasificación de suelos de la FAO, es una herramienta de referencia que permite clasificar los suelos de acuerdo con la composición de su textura. Por ejemplo, si tomamos una muestra de 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».

La formación de los suelos, o pedogénesis, es el producto de varios procesos naturales. Típicamente, los suelos se forman de modo tal que las capas superiores (los horizontes O y A) presentan el mayor impacto de la vegetación y la meteorización, mientras las capas inferiores (el horizonte C) se ven afectadas en una medida mucho menor por dichos agentes.
El clima es el factor más importante en la formación de los suelos, ya que influye directamente en la meteorización del material básico que los compone y es un factor determinante esencial de la actividad biológica.
Entre los demás factores naturales que participan en la formación de los suelos cabe mencionar el tipo y la distribución de la vegetación, la geología local, la actividad biológica, las reacciones minerales y la topografía de la cuenca hidrológica. Estos factores determinan la cantidad de agua de lluvia o deshielo que penetra en el suelo y cómo se desplaza o se almacena en el suelo.

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

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

Las partículas que componen el limo son de un tamaño intermedio, entre la arena y la arcilla. Los suelos que contienen un alto porcentaje de limo tienen tasas de infiltración y drenaje más altas que la arcilla, pero no tan altas como la arena.
Por consiguiente, durante una lluvia intensa o un período de deshielo rápido los suelos arcillosos pueden producir más escorrentía superficial que los suelos arenosos o limosos. Por lo general, los suelos arenosos producen la menor cantidad de escorrentía superficial.
La información sobre la textura del suelo puede ayudarnos a prever las posibilidades de almacenamiento de agua y de escorrentía. Por supuesto que siempre debemos tener presentes los aspectos específicos de la situación, como el contenido de humedad del suelo y la intensidad de la lluvia o del deshielo.
Como muestra esta animación, cualquier suelo saturado produce escorrentía superficial, independientemente de su textura.

Aunque parece contrario a la intuición, los espacio porosos más pequeños de los suelos arcillosos contienen una cantidad total de espacio vacío mayor que la menor cantidad de espacios porosos y más grandes de los suelos arenosos. Esto significa que bajo condiciones de llovizna o deshielo lento la arcilla puede contener más agua que la arena.
No obstante, el agua drena más lentamente de los suelos arcillosos que de los suelos arenosos. Esto implica que después de una serie de episodios de lluvia, los suelos arcillosos pueden permanecer saturados en el período entre las tormentas y, por lo tanto, pueden producir una mayor cantidad de escorrentía en los episodios de lluvia posteriores.

El perfil del suelo brinda información acerca de la profundidad hasta la roca madre y las discontinuidades existentes en las características del suelo como, por ejemplo, los cambios verticales en la permeabilidad y las propiedades del suelo.
La profundidad hasta la roca madre puede variar considerablemente, incluso en áreas pequeñas. En los valles fluviales con suelos fértiles, la roca madre puede encontrarse a más de 200 cm de profundidad. Por otra parte, existen lugares, como las regiones de montaña, donde la profundidad del suelo puede ser inferior a los 25 cm.

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

Otra característica importante del perfil del suelo es la presencia de capas impermeables o de baja permeabilidad en el perfil (que también se conocen como fragipanes). Por ejemplo, considere la situación que presenta una capa de arcilla y roca de baja permeabilidad debajo de una capa superficial de suelo arenoso. 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 interflujo en la zona. Ciertas áreas pueden contener capas minerales impermeables, como depósitos de carbonato 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 agua que puede desplazarse en sentido vertical u horizontal por el perfil del suelo.


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

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

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

La deforestación causada por los incendios puede acarrear consecuencias más graves para la escorrentía posterior. Además de los típicos problemas relacionados con la deforestación, los incendios pueden alterar 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 se incorporan al suelo, creando una capa hidrófoba en o cerca de la superficie. A menudo, la gravedad de la escorrentía y de la carga de sedimentos se puede observar por la erosión de los troncos de los árboles y los depósitos aluviales que quedan después de la crecida.
En comparación con los suelos arenosos, los suelos arcillosos tienen mayores probabilidades de _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son b) y c).
Es más probable que se produzca flujo superficial del exceso de infiltración durante una lluvia intensa en suelos _____.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es a).
La saturación del perfil del suelo ocurre más rápidamente cuando hay _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son a) y c).
Normalmente, la deforestación no resulta en _____.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es d).

Se han desarrollado varios modelos, desde los más simples hasta los muy complejos, para analizar y pronosticar los factores involucrados en la producción de escorrentía. El modelo específico que usted elija 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 el nivel de complejidad son factores importantes a la hora de elegir el modelo.
En esta sección aprenderá a:
A un nivel muy básico, un modelo simple de escorrentía de lluvia podría limitarse a calcular la cantidad de lluvia que escurre sobre una superficie sólida. Un buen ejemplo de esto es un estacionamiento con superficie de cemento o asfaltada. Como no hay ninguna zona de suelo desnudo, no hay infiltración. La cantidad de escorrentía generada por el estacionamiento equivale prácticamente a la cantidad de agua que precipita o, dicho de otra manera, la lluvia constituye la entrada y la escorrentía, la salida.

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 uso del suelo para estimar solo el caudal máximo. Observe que no hay ningún cálculo temporal asociado con el caudal máximo derivado con este método.
La ecuación del método racional es la siguiente:
Pico de escorrentía Q = C*I*A, donde:
El valor del coeficiente C se obtiene consultando una tabla de los tipos de usos del suelo.

El modelo racional se utiliza para calcular la escorrentía máxima en áreas pequeñas, como estacionamientos, terrenos cultivados o jardines públicos. Se utiliza principalmente en cuencas pequeñas en las cuales la cobertura de las superficies impermeables es un factor importante.
Este método no permite tener en cuenta la infiltración de forma adecuada.

Mientras los modelos hidrológicos simples están limitados por suposiciones y cálculos, los modelos más complejos pueden representar mejor las distintas partes del ciclo hidrológico. Este diagrama nos permite apreciar la complejidad del espectro de factores naturales y humanos que los modelos hidrológicos pueden tomar en cuenta.
Este modelo en particular muestra las entradas de agua y su movimiento a través de un sistema hidrológico conceptualizado.

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 sola unidad y emplea entradas hidrológicas y meteorológicas promediadas para toda la cuenca. La salida de un 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 de humedad del suelo (SACramento-Soil Moisture Accounting, SACSMA), un modelo de representación constante agrupado en el espacio. Este modelo constante emplea como entradas los valores medios de precipitación 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 y evapotranspiración.
Por «constante» se entiende que las variables del modelo que representan la humedad del suelo se actualizan 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 a 1000 kilómetros cuadrados. Debido a que el modelo simula tanto la escorrentía producida por la tormenta como el caudal base, también resulta de utilidad para estimar los suministros hídricos. Este modelo puede utilizar otras entradas, como la ubicación de los accidentes importantes (por ejemplo: embalses, lagos y confluencias fluviales).
Tradicionalmente, debido a los métodos de recaudación de datos y a las limitaciones del software, el uso de los modelos agrupados ha sido casi obligatorio, y los modelos agrupados siguen siendo útiles para generar información de guía acerca de crecidas, ya que requieren menos datos de entrada y potencia computacional que los métodos más modernos. No obstante, gracias a la disponibilidad de nuevas tecnologías geoespaciales, los modelos agrupados están siendo suplantados por métodos que aprovechan la información espacial más detallada para examinar las cuencas a una escala más fina.

El modelado semidistribuido es una variante del método por agrupación que a veces se denomina pseudodistribuido. Para utilizar este enfoque, se subdivide la cuenca en las subcuencas de las cuales se compone. El caudal fluvial de cada una de estas subcuencas se calcula a partir de los niveles de escorrentía obtenidos por medio de los hidrogramas unitarios u otros métodos. A continuación, estos volúmenes de escorrentía se propagan río abajo para obtener un cálculo estimado del caudal en la salida de la cuenca más amplia.
El modelo URBS (Unified River Basin Simulator, es decir, simulador de cuencas fluviales unificadas) es un modelo semidistribuido de lluvia, escorrentía y tránsito de avenidas cuyo uso se ha difundido en buena parte de Australia, y se ha utilizado también en el valle del río Mekong y en investigaciones en todo el mundo. Los parámetros derivados y supuestos del modelo se establecen a nivel de subcuenca y los flujos se basan en caudales de entrada ponderados por el centro de masa. El modelo URBS se puede utilizar para eventos particulares mediante la entrada de la lluvia perdida en la cuenca o subcuenca antes de que se produzca la escorrentía, o bien se puede ejecutar en modo continuo y acoplar a un modelo de pérdida de escorrentía de un tercer fabricante.
El modelo HBV del Instituto Meteorológico e Hidrológico de Suecia (SMHI) es otro modelo continuo de uso difundido que se puede ejecutar como modelo agrupado o semidistribuido. Este modelo se ha 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.

Un enfoque de modelado plenamente distribuido representa los procesos por medio de elementos de modelo discretos de alta resolución. Esto se puede realizar sobre una cuadrícula o malla, o bien mediante subcuencas, planos de flujo, redes irregulares trianguladas o unidades de respuesta hidrológica. Este enfoque permite generar predicciones detalladas en muchos puntos distintos en una cuenca. Para no complicar las cosas, utilizaremos el enfoque de celdas de malla para examinar el concepto de modelado distribuido.
En este enfoque, cada celda cuenta con parámetros que permiten llegar a estimaciones individuales del caudal. El caudal se puede calcular matemáticamente para cualquier punto en la cuadrícula. Una desventaja de los modelos distribuidos es la cantidad de datos de entrada adicionales que se requieren para cada celda. Cuando no se cuenta con estos datos, es preciso estimarlos de alguna manera, lo cual introduce un factor de incertidumbre.

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. Las zonas centrales de la cuenca registraron un poco de lluvia, provocando una leve respuesta de caudal en el punto B.
La lluvia más fuerte cayó en la zona inferior de la cuenca, la cual produce un caudal máximo considerable y rápido en el punto C.
Una simulación por agrupamiento de la situación en esta cuenca solo presentaría un promedio de los efectos para toda la cuenca y no solo subestimaría el caudal máximo en el punto C, sino que el momento de 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 y producir una simulación más aceptable en el punto C, así como estimaciones del caudal en los puntos A y B.

Esta figura muestra los vectores de flujo aguas abajo para cada celda de la cuadrícula. Los flujos se propagan de una celda a otra hasta la salida de la cuenca de acuerdo con parámetros y ecuaciones que se basan en la física.
Hay que tener presente que se trata de una estimación de la trayectoria del flujo. Podemos ver que al convertir la cuenca en una representación cuadriculada hemos dejado de lado algunas partes de la cuenca y 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 opera bajo el nombre DHI, ha desarrollado un conjunto de modelos capaces de simular varios procesos hidrológicos, según las necesidades. El modelo de lluvia y escorrentía MIKE 11 se puede ejecutar en diversas etapas de complejidad, según la necesidad del caso y los datos que estén disponibles. El modelo se puede ejecutar en un modo agrupado que simula solo el flujo superficial, el interflujo o el flujo base, o bien en un modo plenamente distribuido que simula la escorrentía, los caudales propagados con métodos hidrológicos e hidráulicos y otros procesos tales como el intercambio entre el río y el acuífero. También ofrece modos intermedios de lluvia-escorrentía que incluyen un paquete basado en eventos, así como un modo de balance de humedad del suelo y un modo semidistribuido. Estos y varios otros recursos de modelado hídrico de DHI son muy populares en todo el mundo, tanto para investigación como para pronósticos operativos. Encontrará más información al respecto en el sitio web de DHI: http://www.mikebydhi.com
La complejidad espacial y la popularidad de los modelos hidrológicos distribuidos está aumentando gracias 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 datos cuadriculados georreferenciados.
Los modelos agrupados no pueden tener en cuenta los detalles de distribución de la lluvia y los accidentes topográficos de la cuenca.
(¿Verdadero o falso?)
La respuesta correcta es a).
En comparación con los modelos agrupados, los modelos distribuidos _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)
Las respuestas correctas son a) y d).
Los modelos semidistribuidos pueden proporcionar más detalle acerca de la escorrentía potencial que los modelos agrupados porque _____.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es c).
El método racional para estimar la escorrentía utiliza un coeficiente de uso del suelo denominado C que sería ____ para un centro comercial que para una zona arbolada.
(Escoja la mejor opción.)
La respuesta correcta es a).
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