Escorrentía (Escurrimiento)

Presentación del tema: "Escorrentía (Escurrimiento)"— Transcripción de la presentación:

1 Escorrentía (Escurrimiento)

2 Escurrimiento El escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre. De acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento, éste se puede dividir en: El escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre. De acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento, éste se puede dividir en:

3 Escurrimiento superficial o escorrentía:
Escurrimiento superficial o escorrentía:. Es la parte del agua que escurre sobre el suelo y después por los cauces de los ríos. Escurrimiento sub superficial::Es la parte del agua que se desliza a través de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra rápidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.

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5 Escurrimiento subsuperficial Percolación Profunda
PP TOTAL Exceso de PP Infiltración Otras extracciones Escurrimiento superficial Escurrimiento subsuperficial Percolación Profunda Escurrimiento subsuperficial rápido Escurrimiento subsuperficial lento Escurrimiento subterráneo Escurrimiento directo Escurrimiento de base ESCURRIMIENTO TOTAL

6 Escurrimiento subterráneo.
Es aquél que, debido a una profunda percolación del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales. A la parte de la precipitación que contribuye directamente al escurrimiento superficial se le llama precipitación en exceso. El escurrimiento subterráneo y la parte retardada del escurrimiento sub superficial constituyen el escurrimiento base de los ríos. La parte de agua de escurrimiento que entra rápidamente en el cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento directo y es igual a la suma del escurrimiento sub superficial más la precipitación que cae directamente en los cauces.

7 Ciclo del escurrimiento
El estudio del escurrimiento de los ríos como parte del ciclo hidrológico, incluye la distribución del agua y su trayectoria desde que se precipita sobre la tierra hasta que alcanza la red hidrográfica o vuelve directamente a la atmósfera a través de la evapotranspiración. La distribución del volumen total de agua caída durante una precipitación dada, depende tanto de las características y condiciones físicas -naturales o artificiales- de la cuenca, como de las características de la propia precipitación. Al comienzo de una precipitación fuerte, una gran cantidad de agua es interceptada por la vegetación; el agua así almacenada sobre la superficie de la capa vegetal se encuentra muy expuesta al viento y ofrece una enorme área de evaporación, de tal forma que las precipitaciones de corta duración y poca intensidad pueden llegar a ser completamente consumidas por la intercepción de las plantas, por la pequeña cantidad de agua que se infiltra a través del suelo y por el agua que llena los charcos y pequeñas depresiones de la superficie del suelo.

8 El ciclo del escurrimiento
INICIO DE LA LLUVIA

9 Para que el agua llegue a infiltrarse, la superficie del suelo debe presentar una serie de condiciones adecuadas. Cuando a lo largo de una precipitación, el poder de intercepción y de almacenamiento en la superficie del suelo han sido ya agotados, y cuando la precipitación es tal que su intensidad excede la capacidad de infiltración del suelo, comienza ya el escurrimiento superficial propiamente dicho. La superficie del suelo se cubre en ese momento con una fina película de agua llamada película de retención superficial. Una vez que el agua corre sobre la superficie del suelo y alcanza los cauces de la red hidrográfica, comienza a aparecer el escurrimiento superficial en los cauces.

10 Parte del agua que se infiltra en el suelo continúa fluyendo lateralmente como un flujo hipodérmico, que tiene lugar a pequeñas profundidades debido a la presencia de horizontes relativamente impermeables situados muy cerca de la superficie del suelo, avanzando de este modo los cauces de la red sin haber sufrido una percolación profunda. Otra parte de esta agua se per cola hacia la zona de saturación de las aguas subterráneas y eventualmente, alcanza la red hidrográfica para suministrar el escurrimiento base de los ríos. Existe todavía otra porción del agua infiltrada, que no llega a alcanzar el nivel de saturación de las aguas subterráneas y queda retenida encima del nivel freático, ésta es la llamada zona de saturación incompleta.

11 Los modelos matemáticos de la escorrentía se pueden clasificar como:
modelos estadísticos modelos empíricos modelos conceptuales modelos de transporte modelos compuestos

12 Modelos estadísticos Los modelos estadísticos estan basados en el análisis de frecuencia acumulada de las escorrentías. Los pronósticos a base del período de retorno sirven para evaluar la frecuencia de escasez o de exceso de agua con el propósito de regularizar el uso del agua o diseñar obras hidráulicas para el control de inundaciónes. Ademas, el análisis estadístico de la lluvia o de la precipitación permite de estimar las recargas hidrológicas respresentativas de la cuenca que despues pueden servir como datos de entrada en los modelos matemáticos que convierten las recargas en escorrentías, de modo que se puede evaluar el régimen de la escorrentía Modelos empíricos Los modelos empíricos son modelos, o mas bien métodos, que se desarrollaron por experiencia, relacionando parámetros físicos hidrológicos con el fin de derivar la escorrentía a base de ellos. Modelos empíricos bien conocidos son:

13 El método racional, que rinde el caudal máximo de escorrentía esperado en unidades de [L³/T] a base de una intensidad de la precipitación máxima en [L/T] en un período igual al tiempo de concentración de la cuenca. El método del numero de curva,2 que rinde el volumen total de la escorrentía total (L³), combinado con el método del hidrograma unitaria, que calcula la distribución del volumen en el tiempo lo que resulta en un hidrograma del caudal en [L³/T] Modelos conceptuales Los modelos conceptuales son modelos basados en algun idea o concepto del proceso de la conversión de la lluvia en escorrentía.

14 Modelos de transporte Modelos compuestos
Los modelos de transporte hidráulico son modelos matemáticos a base de ecuaciones hidráulicas usadas en la mecánica de fluidos, como la de Saint Venant, para el flujo del agua en el lecho o cauce del río. El transporte del agua se hace normalmente por ciertos tramos del río definidos por una división de la cuenca entera en subcuencas. La complejidad de las características de la superficie de cuencas hace que los modelos de transporte todavía no son aplicables al proceso de escorrentía hasta el momento que el agua llega a un lecho o cauce bien definido. Por ello estos modelos se usan para el caso que el agua ya entró en un arroyo o río. Modelos compuestos Los modelos compuestos son modelos que tienen componentes de los modelos conceptuales y de transporte. La distinción entre modelos compuestos y modelos de transporte no es siempre muy clara porque muchos modelos de transporte tambien incluyen elementos de modelos conceptuales para determinar la cantidad de agua que entra en el cauce del río, en tanto que el método de la determinación puede variar de bien simple a muy avanzado.

15 Ecuación de la escorrentía La combinación de las dos ecuaciones anteriores resulta en una ecuación diferencial la solución de la cual se presenta como: Q2 = Q1 exp { – A (T2 – T1) } + R [ 1 – exp { – A (T2 –  T1) } ] Este es la ecuación de la escorrentía, del escurrimiento, o de la descarga superficial hidráulica, donde Q1 y Q2 significan los valores de Q al tiempo T1 y T2 respectivamente mientras que T2–T1 es el paso o intervalo en el tiempo durante el cual la recarga neta R se puede suponer constante. Computación del hidrograma total Provisto que el valor de A es conocido se puede obtener el hidrograma total (HT) utilizando un número sucesivo de pasos en el tiempo y calculando la escorrentía con la ecuación de la escorrentía al final de cada paso partiendo de la escorrentía al final del intervalo previo. La escorrentía inicial debe estar conocido también.

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17 Índice de escorrentía El índice de escorrentía es un término usado en hidrología. Si conocemos el caudal relativo (módulo relativo) de un río, en una sección determinada, podemos obtener el índice de escorrentía multiplicándolo por un valor constante: 31,557 Ie = Mr (l/s/km²) · 31,557 Ie = índice de escorrentía (mm) Mr = caudal relativo (módulo relativo) expresado en (l/s/km²)

18 Recarga neta La recarga durante un intervalo unitario de tiempo (T2–T1=1) se encuentra como: R = Lluvia –  Sd, a condición que R > 0, si no R = 0. El almacenamiento actual al final del intervalo unitario se calcula como Sa2 = Sa1 + Lluvia – R –  Ea, donde Sa1 es al almacenamiento actual al comienzo del intervalo de tiempo. El método del Numero de Curva (NC)2 presenta una alternativa para estimar la recarga neta. Aquí, la abstracción inicial es comparable con Sm–Si donde Si es el valor inicial de Sa en el método del reservorio.

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

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

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

22 A) Forma de precipitación: Si la precipitación es en forma líquida, el escurrimiento 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 el escurrimiento superficial y cualquier aumento en la intensidad repercute rápidamente en dicho escurrimiento. c) Duración de la precipitación: Entre más dure la precipitación mayor será el escurrimiento, independientemente de su intensidad. Una lluvia prolongada, aun cuando no sea muy intensa, puede causar gran escurrimiento superficial, ya que con la lluvia decrece la capacidad de infiltración.

23 d) Distribución de la precipitación en el espacio: Generalmente la lluvia nunca abarca toda la superficie de la cuenca; para cuencas pequeñas, los mayores escurrimientos superficiales resultan de tormentas que abarcan áreas pequeñas, y para cuencas grandes, resultan de aguaceros poco intensos que cubren una mayor superficie. e) 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. f) Precipitación antecedente y humedad del suelo: Cuando el suelo posee un alto contenido de humedad, la capacidad de infiltración es baja y se facilita el escurrimiento.

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

26 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: La superficie de las cuencas hidrográficas está limitada por la divisoria topográfica o parte aguas 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 al escurrimiento. 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.

27 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 alo 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.

28 Descomposición de la aportación de una lluvia de intensidad uniforme

29 Ríos que ganan o ceden agua al acuífero
El río o arroyo típico de una región húmeda recibe agua del nivel freático. Este es un río efluente o que gana agua. En las regiones áridas, muchos ríos llevan bastante agua en las partes altas. A medida que llegan a una elevación más baja, su cauce decrece debido a una menor precipitación, lo que provoca un descenso en el nivel freático, hasta el punto en que el río cede agua al acuífero, y se llama río influente. Algunos ríos pueden ser de ambos tipos, cediendo agua en épocas de sequía y recibiéndola en tiempos de lluvia

30 Cauce El cauce o lecho fluvial es la parte del fondo de un valle por donde discurren las aguas en su curso: es el confín físico normal de un flujo de agua, siendo sus confines laterales las riberas. El lecho menor, aparente o normal, es aquel por el cual discurre agua incluso durante el verano (de ahí que algunos le den el nombre permanente). El lecho mayor o llanura de inundación, que contiene al primero, sólo es invadido por el curso de las crecidas y, en general, durante la estación anual en que el caudal aumenta y cuyo periodo depende, por su duración y por la época del año en que se sitúa, del régimen propio de cada río. La naturaleza de cualquier lecho fluvial es siempre una función de la dinámica del flujo y de los materiales geológicos locales que pueden influenciar a dicho flujo.

31 Tipos de ríos A) Efluente, B) Influente,
C) Efluente en período de lluvia e influente en época de sequía

32 Cauce

33 Capacidad de infiltración
En hidrología, se denomina capacidad de infiltración a la velocidad máxima con que el agua penetra en el suelo. La capacidad de infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo arcilloso y compacto. Si una gran parte de los poros del suelo ya se encuentran saturados, la capacidad de infiltración será menor que si la humedad del suelo es relativamente baja. Si los poros del suelo en las camadas superiores del mismo ya se encuentran saturadas, la infiltración se hará en función de la permeabilidad de los estratos inferiores.

34 Una precipitación intensa podrá provocar la colmatación de los poros superficiales, con partículas finas del suelo, reduciendo la infiltración. En la figura anexa se puede ver la curva de la capacidad de infiltración, variable en el tiempo, sobrepuesta a un pluviograma horario, gráficamente se muestra el escurrimiento superficial, también variable en el tiempo. El índice de infiltración o capacidad media de infiltración es utilizado para calcular el escurrimiento en grandes áreas, donde sería difícil aplicar la curva de capacidad de infiltración. Este es equivalente a la velocidad media de infiltración.

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36 Gracias !!!