LA ESCORRENTIA

Asignatura:10° HIDROLOGIA

GENERAL

FASES DE LA ESCORRENTÍASe distinguen dos fases fundamentales en la escorrentía:

1. Fase de ladera. No existe cauce establecido. En esta fase se pueden dar tres tipos de circulación:

− Horton. A medida que circula el agua se infiltra.− Betson. La escorrentía empieza en un lapso corto de tiempo.− Anne. En un determinado frente influye la línea de carga.

2. Fase de redes fluviales. Es la fase de circulación, en la que todo el agua que circula por laderas confluye en un cauce principal de la cuenca.

La escorrentía es la lámina de agua que circula en una cuenca de drenaje, es decir la altura en milímetros de agua de lluvia escurrida y extendida dependiendo la pendiente del terreno. Normalmente se considera como la precipitación menos la evapotranspiracion real y la infiltración del sistema suelo – cobertura vegetal.

La escorrentía es la parte de la precipitación que llega a la red hidrográfica de la cuenca y discurre por ella dando lugar a los caudales líquidos.

La escorrentía superficial es el agua procedente de la lluvia que circula por la superficie y se concentra en los cauces. La escorrentía superficial es función de las características topográficas, geológicas, climáticas y de vegetación de la cuenca.

Se ha estimado que la precipitación total sobre los continentes es, en promedio, de 100,000 km3 por año, lo que equivale a 685 mm anuales. De esta enorme cantidad de agua un elevado porcentaje, el 65%, se evapora y regresa a la atmosfera. De la masa hídrica restante, una parte se infiltra y, eventualmente, da lugar a la escorrentía subterránea; otra, contribuye al mantenimiento de diversas formas de retención superficial, las que en cifras redondas y como promedio plurianual es de 35,000 km3 por año, pero según LINDH esta era de 38,820 km3.

Es importante distinguir entre la escorrentía persistente y no persistente, entendiendo que persistente es aquello que dura por largo tiempo, solo el 36% de la escorrentía mundial resulta persistente, el 64% es no persistente, eventual, esporádico, lo que significa que sus probabilidades de aprovechamiento son seguramente difíciles y costosas. Sudamérica tiene un poco mas de la cuarta parte de la escorrentía superficial, pero solo el 38% es persistente.

REGIONEscorrentía km3/año

Esc. Persistente X 100Esc. TotalTotal Persistente No

Persistente

África 4,225 1,905 2,320 45

Asia (sin la ex –URSS) 9,544 2,900 6,644 30

Australia 1,965 495 1,470 25

Europa (sin ex –URSS) 2,362 1,020 1,342 43

Norte America 5,960 2,380 3,580 40

Sudamérica 10,380 3,900 6,480 38

La ex - URSS 4,384 1,410 2,974 32

Total continental sin regiones polares 38,820 14,010 24,810 36

Caudal 1`230,974 m3/s 444,254 m3/s 786,720 m3/s

DISTRIBUCION CONTINENTAL DE LA ESCORRENTIA MUNDIAL SEGÚN LINDH

DISTRIBUCION CONTINENTAL DE LA ESCORRENTIA MUNDIAL SEGÚN SHIKLOMANOV

Territorio

Caudal AnualPorcentaje de la escorrentía total

Superficie 103 km2

Descarga especifica

l/s/km2mm Km3

Europa 306 3,210 7 10,500 9.7

Asia 332 14,410 31 43,475 10.5

África 151 4,570 10 30,120 4.8

America del Norte y Central

339 8,200 17 24,200 10.7

America del Sur 661 11,760 25 17,800 20.9

Australia y Tasmania 45 348 1 7,683 1.4

Oceanía 1610 2,040 4 1,267 51.1

Antártida 160 2,230 5 13,977 5.1

Total Mundial 314 46,768 100 149,022 10.0Caudal 1`483,004 m3/s

Top 15 Ríos  Continente   Longitud (km)  Cuenca (km2)Amazonas  América del Sur   7.025  7.050.000Nilo  África   6.670  3.350.000Mississipí  América del Norte   6.418  3.221.000Iang-Tsé  Asía   5.980  1.722.000Yenisei  Asía   5.390  2.500.000Paraná  América del Sur   4.700  3.140.000Mecong  Asía   4.700  860.000Congo  África   4.371  3.690.000Lena  Asía   4.260  2.310.000Mackenzie  América del Norte   4.240  1.710.000Niger  África   4.200  2.270.000Huang Ho  Asía   4.150  950.000Obi  Asía   4.040  3.000.000Volga  Europa   3.700  1.500.000Murray-Darling  Australía   3.500  1.050.000

Estudios realizados para el Perú, por la ONERN (Oficina Nacional de Evaluación de Recursos Naturales) hoy Autoridad Nacional del Agua (ANA), ha permitido identificar 1007 ríos, los cuales se desarrollan en 3 vertientes, y estos conducen una masa anual de 2044 Km3.

Pacifico 381 ríos (hasta de 4to orden, 53 ríos principales)

Atlántico 564 ríos (hasta de 6to orden, 4 ríos principales)

Titicaca 62 ríos (hasta de 4to orden, 12 ríos principales)

Vertiente Masa Anual km3/año Caudal m3/s Porcentaje

%Pacifico 35 1110 1.7Atlántico 1,999 63,388 97.8Titicaca 10 317 0.5

Total 2,044 64,815 100

Factores que afectan a la escorrentía

Los factores que afectan a la escorrentía se refieren a las características del terreno (cuencas hidrográficas), y se dividen en dos grandes grupos: los climáticos y los relacionados con la fisiografía.

1. Factores climáticos Son aquéllos que determinan, de la cantidad de agua precipitada, la destinada al escurrimiento.

Precipitación. Es el elemento climático de más importancia para la escorrentía, debido a que depende de ella. Interesan varios aspectos de este elemento para el conocimiento del escurrimiento.

a) Forma de precipitación. Si esta es en forma líquida, la escorrentía se presenta con relativa rapidez; si es en forma sólida no hay ningún efecto, a menos que la temperatura permita la rápida licuefacción.

b) Intensidad de la precipitación. Cuando la precipitación es suficiente para exceder la capacidad de infiltración del suelo, se presenta la escorrentía superficial y cualquier aumento en la intensidad repercute rápidamente en este.

c) Duración de la precipitación. Entre más dure la precipitación mayor será la escorrentía, independientemente de su intensidad. Una lluvia prolongada, aun cuando no sea muy intensa, puede causar gran escorrentía, ya que con la lluvia decrece la capacidad de infiltración.

d) Distribución espacial de la precipitación. Generalmente la lluvia nunca abarca toda la superficie de la cuenca; para cuencas pequeñas, los mayores escorrentías resultan de tormentas que abarcan áreas pequeñas, y para cuencas grandes, resultan de aguaceros poco intensos que cubren una mayor superficie.

e) Humedad del suelo. Cuando el suelo posee un alto contenido de humedad, la capacidad de infiltración es baja y facilita el escurrimiento.

f) Dirección del movimiento de la precipitación. La dirección del centro de la perturbación atmosférica que causa la precipitación tiene influencia en la lámina y duración del escurrimiento superficial. Si la tormenta se mueve dentro del área de la cuenca, el escurrimiento será mayor que si únicamente la atraviesa. Por otro lado, si el temporal avanza en sentido contrario al drenaje, el escurrimiento será más uniforme y moderado que si se mueve en el sentido de la corriente.

Otras condiciones del clima. Existen otros elementos que se deben tomar en cuenta, entre ellos la temperatura, el viento, la presión y la HR.

2. Factores fisiográficosSe relacionan por una parte con la forma y características físicas del terreno y por la otra con los canales que forman el sistema fluvial.

A. Factores morfométricos. Son aquellas particularidades de las formas terrestres que influyen en el agua de la lluvia al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere, por los efectos que produce y por el tiempo que tarda en llegar al punto de desagüe.

a) Superficie. Las cuencas hidrográficas está limitada por la divisoria topográfica que determina el área de la cual se derive el escurrimiento superficial. Las cuencas pequeñas se comportan de manera distinta a las cuencas grandes en lo que se refiere a la escorrentía. No existe una extensión definida para diferenciar a las cuencas pequeñas de las grandes, sin embargo, hay ciertas características que distinguen a unas de otras. Las cuencas pequeñas son más sensibles al uso del suelo y a las precipitaciones de gran intensidad que abarcan zonas de poca extensión. En las cuencas grandes es muy importante el efecto de almacenamiento en los cauces de las corrientes.

b) Forma. Interviene principalmente en la manera como se presenta el volumen de agua escurrido a la salida de la cuenca. Generalmente los volúmenes escurridos en cuencas alargadas son más uniformes a lo largo del tiempo, en cambio, en cuencas compactas el agua tarda menos en llegar a la salida, en donde se concentra en un tiempo relativamente corto. (índice de compacidad (K) de Gravelius y el factor de forma).

c) Pendiente. La pendiente del terreno está relacionada con la infiltración, con el escurrimiento superficial, con la contribución del agua subterránea a la corriente y con la duración del escurrimiento.

d) Orientación. La orientación de la cuenca y la de sus vertientes se relaciona con el tipo de precipitación, los vientos predominantes y la insolación.

e) Altitud. Influye principalmente en la temperatura y en la forma de precipitación, su análisis puede partir de la curva hipsométrica.

B. Factores físicos. Se refieren a las características físicas del terreno con su estructura y utilización.

a) Uso y cubierta del suelo. Si el terreno tiene cubierta vegetal, en especial de bosques, estos contribuye a la estabilización de los regímenes de las corrientes; si esta deforestado el agua corre rápidamente por la superficie; si existe obras en los cauces de las corrientes, por ejemplo la construcción de una presa puede producir una sobreelevación del nivel del agua en el tramo anterior al embalse, esto genera un aumento en el nivel del cauce por el depósito de acarreo, lo cual influye aguas arriba de la corriente; además, afecta el perfil de las capas freáticas.

b) Tipo de suelo. Se refiere a la capacidad de infiltración del suelo. más poroso y menor contenido de material coloidal, tendrá una mayor capacidad de infiltración, lo cual retardará la aparición de la escorrentía

c) Geología. Condiciona la escorrentía en cuanto a la permeabilidad e impermeabilidad de las estructuras que forman el terreno. Si el terreno es permeable, el sistema fluvial, durante la época de estiaje, se encuentra bien abastecido por el escurrimiento subterráneo. Si el terreno es impermeable, el volumen de escorrentía se concentra más pronto en el punto de desagüe y en la época de estiaje el nivel de la corriente disminuye considerablemente o bien desaparece.

d) Topografía. Las ondulaciones del terreno pueden ser la causa de la presencia de depresiones en donde se acumula el agua, disminuyendo la cantidad destinada al escurrimiento. La divisoria topográfica de la cuenca, puede ser que haya disparidad entre ésta y la freática, de manera que parte del escurrimiento subterráneo contribuya a la escorrentía de la cuenca vecina atravesando el límite topográfico o bien que reciba parte del escurrimiento subterráneo de esa cuenca vecina.

C. Red de drenaje. Se refiere a las características de los canales que comprenden el sistema fluvial de la cuenca. Refleja las condiciones del terreno sobre el que se desarrolla.

a) Densidad hidrográfica. Es la relación de la cantidad de corrientes que existen en la cuenca entre la superficie de ésta. Uno de los métodos para ordenar y contar el número de canales es el de Strahler (1964).

b) Densidad de drenaje. Resulta de dividir la longitud total de las corrientes de agua entre la superficie de la cuenca. Entre mayor sea este índice, más desarrollada estará la red de drenaje.

c) Otras características relacionadas con la red de drenaje son las que se refieren a la capacidad de almacenamiento de las corrientes y a la capacidad de transporte de las mismas.

CLASIFICACIÓN DE LOS RÍOS:Por las área de inundación:

• Ríos sin áreas de inundación (confinados),• Ríos con áreas de inundación.

La presencia de dos cauces, es decir, la existencia de áreas de inundación, se debe a los movimientos laterales que ha efectuado el río a lo ancho de una planicie aluvial a lo largo del tiempo.

El cauce menor, que en algunos casos es un cauce de estiaje, es ocupado por avenidas de bajo periodo de retorno. Cuando el periodo de retorno es mayor el río se desborda, con respecto a su cauce menor, y ocupa el cauce total, o cauce mayor, o cauce de avenidas. La planificación del uso de dichas planicies resulta ser fundamental para el control de avenidas.

Por su edad

• Ríos jóvenes, corresponde al estado inicial de los ríos, cuando el agua forma su curso inicial, este tiene una sección en forma de V, son muy irregulares, tiene material fracturado en su cauce.

• Ríos maduros, cuando el río se convierte en maduro, se amplia su sección transversal. El valle es mas ancho, disminuye la pendiente, existen pequeñas planicies de inundación y algunos meandros. Hay desarrollo urbano y agrícola en planicies aledañas. Hay obras de encauzamiento que impiden o limitan los desplazamientos laterales del río.

• Ríos viejos, corresponden a un estado mas avanzado de desarrollo. La pendiente del río sigue disminuyendo, su ancho aumenta. El río esta confinado, encauzado, controlado. Hay un uso intensivo de todo el valle. Hay desarrollo urbanos, agrícolas e industriales importantes.

Por su morfología

• Ríos rectos, en la naturaleza no existe este tipo, a veces el sistema de encauzamiento lo hace recto, constituidos por diques paralelos, pero dentro de él, a partir de un caudal de diseño, que cuando es ocupado en toda su sección transversal y se comporta como un río recto.

• Ríos entrelazados, a veces se le llama ríos trenzados, son ríos anchos, cuya pendiente es fuerte, lo que da lugar a pequeños tirantes y el río corre en forma de varios canales o brazos alrededor de pequeñas islas, las causas de estos son; i) exceso de sedimentos que el río no puede transportar en su totalidad, una parte de las cuales se deposita y da lugar a islas; ii) pendiente fuerte lo que origina pequeños tirantes. Uno de estos, o los dos juntos, son causa de este entrelazado.

• Ríos meandricos, esta formado por una sucesión de curvas. La característica de estas curvas, que son muy dinámicas, es que no deben esencialmente a las propiedades del terreno, sino a la naturaleza del comportamiento fluvial.

Por su régimen

• Ríos perenne o de flujo continuos, característico de climas húmedos. Los picos que se originan por las tormentas se conocen como escorrentía directa o flujo rápido, mientras que el flujo con pocas variaciones en los períodos sin lluvia se llama flujo base. La mayor parte de la capacidad de la cuenca para este tipo de ríos proviene del flujo base, lo cual indica que una gran proporción de la lluvia se infiltra en la cuenca y alcanza el río más tarde como flujo sub-superficial.

• Ríos efímero, existen largos períodos durante los cuales el río está seco. La mayor parte de la lluvia se convierte en escorrentía directa y presenta muy poca infiltración. En este caso la capacidad de la cuenca es el resultado de la escorrentía directa de tormentas grandes.

• Ríos nival, En este caso el río se alimenta por el derretimiento de nieve. El gran volumen de agua que se almacena en la nieve, en conjunto con su permanente salida, crean un hidrograma anual que varía en forma más suave a lo largo de laño que los de las corrientes perennes o las efímeras.

FORMA DE EXPRESION DE LOS DATOS DE CAUDALES

Caudales absolutos, Las descargas de una estación pueden ser expresada en valor absoluto en m3/s o en l/s, dicha expresión es utilizada para el dimensionamiento de las obras hidráulicas.

Caudales específicos, Si se trata de comparar los regimenes hidrológicos correspondientes a estaciones de curso de agua diferentes, será muy ventajoso calcular la descarga especifica de la cuenca, que es la descarga por unidad de área y se expresa en l/s/km2.

Altura de lamina de agua escurrida, En ciertos estudios hidrológicos se reemplaza a menudo esta descarga especifica por la altura de agua escurrida o índice de escurrimiento. Se llama por este nombre a la altura cuyo volumen seria igual al del agua, que ha pasado las estaciones durante todo el periodo considerado que tendría por base el área de la cuenca que alimenta dicha estación y se expresa en mm.

CURVAS REPRESENTATIVAS

La Información recolectada acerca del comportamiento de los ríos, puede analizarse tanto estadística como gráficamente, con lo que se facilita su compresión y análisis, algunas de las curvas representantitas de los caudales son:

• Curva de variación estacional (caudales medios mensuales o medios diarios por mes),

• Curva de masa o volúmenes acumulados (caudales medios mensuales),

• Curva de duración o persistencia (caudales medios diarios, mensuales o anuales), y

• Curva de frecuencias relativas (caudales medios mensuales).

Curva de Variacion Estacional

10

15

20

25

30

35

ENE FEB MAR ABR MAY J UN J UL AGO SEP OCT NOV DIC

Meses

Cau

dal m

3/s

75%

CURVAS DE DURACION ESTACIONAL

Estas proporcionan información sobre la distribución de los valores hidrológicos, respecto al tiempo y la probabilidad de que dichos eventos o valores ocurran, permiten por ejemplo, determinar cual seria el caudal, que se puede presentar con una determinada probabilidad.

La aplicación de esta curva es para el calculo del balance hidrológico de una región, porque permite determinar la disponibilidad mes a mes, con cierta probabilidad de ocurrencia.

CURVA DE MASA O VOLUMENES ACUMULADOS

Es la representación acumulada de los aportes de una fuente, en un periodo determinado de tiempo, que puede ser de uno o varios años. El periodo de tiempo que se toma, son los años mas críticos (3 o 4), aunque también puede tomarse, todos los años del registro histórico.

Es una curva que se usa en el estudio de regularización de los ríos por medio de embalses u operación de embalses, así como en la determinación de la capacidad minima de un embalse.

CURVA DE DURACION O PERSISTENCIA

Es una curva que indica el porcentaje del tiempo durante el cual los caudales han sido igualados o excedidos.

El principal defecto de la curva de duración es que no presenta el caudal en secuencia natural, es decir, no se puede señalar si los caudales mas bajos ocurrieron en periodos consecutivos o fueron distribuidos a lo largo del registro.

CURVA DE FRECUENCIAS RELATIVAS

Para visualizar mejor la variación interanual del régimen, se sustituye la curva de caudal mensual del año promedio por la curva de las frecuencias relativas de los caudales medios mensuales calculadas en el mismo periodo de años.

Mediante esta curva no solamente se visualiza el caudal medio (50%), sino también el valor de los caudales que tienen una probabilidad de 10, 50 y 75% de ser alcanzados o superados.

CURVAS DE LAS FRECUENCIAS RELATIVAS (10, 50 y 75%) DE LAS DESARGAS PROMEDIO MENSUALES

0

20

40

60

80

100

120

140

160

ENE FEB MAR ABR MAY J UN J UL AGO SEP OCT NOV DICMESES

Trabajo para la casa

Explique en que medida la pendiente del terreno afecta el coeficiente de escurrimiento superficial.

Para el caso del granizo o la nieve que proceso previo deberíamos considerar antes del escurrimiento superficial.

Es igual permeabilidad a infiltración?

Como la compactación del suelo afecta el coeficiente de escorrentía.