PRESENTADO A:
Ing. Pabel Batista
ESCURRIMIENTO
ESCURRIMIENTO

La expresión escurrimiento superficial suele referirse al volumen
de las precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos la
retención superficial y la infiltración. El escurrimiento superficial o
directo es función de la intensidad de la precipitación y de la
permeabilidad de la superficie del suelo, de la duración de la
precipitación, del tipo de vegetación, de la extensión de la cuenca
hidrográfica considerada, de la profundidad del nivel freático y de la
pendiente de la superficie del suelo.

La aportación de una cuenca se representa comúnmente en una
gráfica llamada "hidrograma", que consiste en una curva que
representa las oscilaciones, respecto el tiempo, del nivel del agua de
un río en una sección dada del mismo. En el caso de un río con un
tiempo de descarga muy largo, los caudales que por él circulan al
cabo de un tiempo, son el resultado de la acumulación del
escurrimiento superficial con la aportación subterránea.
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.

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.
Figura 1. Tipos de escurrimiento o
escorrentía

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 percola 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.
Hidrograma de escurrimiento

Es una gráfica que nos muestra la descarga,
caudal o gasto de un río en función del
tiempo. Durante un período de sequía la
descarga estará compuesta enteramente de
contribuciones subterráneas, como se
observa en la Figura 5. A medida que el río o
arroyo drena agua de la reserva subterránea,
el nivel freático decae, dejando cada vez
menos agua para alimentarlo. Si no hay una
recarga
del
agua
subterránea,
el
escurrimiento será cero.
Figura 5. Hidrograma mostrando la
recesión del flujo base en estación de
verano seco

El escurrimiento va a depender de la topografía, el clima, la
geología y el tipo de suelo. El flujo base del escurrimiento
decrece en un período de sequía debido a que el agua
subterránea se drena hacia el río o arroyo, y así el nivel freático
desciende.
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La recesión del flujo base es igual a:
Q = Q0 e –at
Donde:
Q = flujo al mismo tiempo t después de que la recesión
empezó (ft3/s o m3/s)
Q0 = flujo al inicio de la recesión (ft3/s o m3/s)
a = constante de recesión para la cuenca ( d-1)
t = tiempo desde que la recesión empieza (d)
Partes de un hidrograma
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Si se mide el gasto (volumen de escurrimiento por unidad de
tiempo; m3/s) que pasa de manera contínua durante todo un
año por una determinada sección transversal de un río y se
grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se obtendría
una gráfica como la de la Figura 6.

Aunque la forma de los hidrogramas producidos
por tormentas particulares varía no solo de
cuenca a cuenca, sino también de tormenta a
tormenta, es posible, en general distinguir las
siguientes partes en cada hidrograma.
El escurrimiento superficial esta afectado
por dos factores q son:
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factores metereologicos
factores fisiográficos
1.- Factores metereologicos.
Forma y tipo de la precipitación.- La manera como se origina la precipitación
y la forma que adopta la misma tiene una gran influencia en la distribución
de los escurrimientos de la cuenca.
Intensidad de precipitación.- Cuando la intensidad de lluvia excede a la
capacidad de infiltración del suelo, se presenta el escurrimiento superficial.
Duración de la precipitación
La capacidad de infiltración del suelo disminuye durante la precipitación, por
lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia
relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si
su duración es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas
bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duración el nivel freático puede
ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltración,
aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento.
Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una
cuenca, son máximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse
(tiempo de concentración), es similar a la duración de la tormenta que los
origina.
Distribución de la lluvia en la cuenca
Es muy difícil, sobre todo en cuencas de gran extensión, que la precipitación se
distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el área de la
cuenca.
El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribución en
tiempo y espacio de ésta. Si la precipitación se concentra en la parte baja de la
cuenca, producirá caudales mayores, que los que se tendrían si tuviera lugar en
la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la
concentración, se manifiesta en una disminución del caudal máximo de
descarga.
Dirección y velocidad de la tormenta
La dirección y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la dirección
general del escurrimiento, en el sistema hidrográfico de la cuenca, tiene una
influencia notable en el caudal máximo resultante y en la duración del
escurrimiento superficial. En general, las tormentas que se mueven en el
sentido de la corriente, producen caudales de descarga mayores, que las que se
desplazan hacia la parte alta de la cuenca.
Otras condiciones meteorológicas
Aunque la lluvia es el factor más importante que afecta y determina la magnitud de
un escurrimiento, no es el único que debe considerarse. Existen condiciones
meteorológicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el
escurrimiento superficial, como es el caso de la temperatura, la velocidad del
viento, la humedad relativa, la presión barométrica, etc.
2.- Factores fisiográficos
Superficie de la cuenca
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Debido a que la cuenca, es la zona de captación de las aguas
pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tamaño
tiene una influencia, que se manifiesta de diversos modos en la
magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la
relación entre el tamaño del área y el caudal de descarga no es
lineal. A igualdad de los demás factores, para cuencas mayores, se
observa una disminución relativa en el caudal máximo de descarga,
debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia
recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulación en
los cauces naturales.
Otro factor importante, que afecta la relación entre el caudal y la
superficie de la cuenca, es que la máxima intensidad de lluvia, que
puede ocurrir con cualquier frecuencia, decrece conforme aumenta
la superficie que cubre la tormenta, por lo que para cuencas
mayores, se tendrán intensidades de precipitación (referidas a la
superficie de la cuenca), y caudales específicos de descarga
menores.
Forma de la cuenca
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Para tomar en cuenta, cuantitativamente la influencia que la forma
de la cuenca, tiene en el valor del escurrimiento, se han propuesto
índices numéricos, como es el caso del factor de forma y el
coeficiente de compacidad.
El factor de forma, expresa la relación entre el ancho promedio y la
longitud de la cuenca, medida esta última desde el punto mas
alejado hasta la descarga. El ancho promedio se obtiene, a su vez,
dividiendo la superficie de la cuenca entre su longitud. Para cuencas
muy anchas o con salidas hacia los lados, el factor de forma puede
resultar mayor que la unidad.
Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a
cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente. El
coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad
geométrica de la forma de la cuenca. Es la relación entre el
perímetro de la cuenca, y la circunferencia de un círculo con igual
superficie que el la de la cuenca.
Elevación de la cuenca.
La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre
sus elevaciones extremas, influye en las características
meteorológicas, que determinan principalmente las formas
de la precipitación, cuyo efecto en la distribución se han
mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena
correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca,
es decir, a mayor elevación la precipitación es también mayor.
Pendiente
 La pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que
mayor influencia tiene en la duración del escurrimiento,
sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera
notable, la magnitud de las descargas; influye así mismo, en la
infiltración, la humedad del suelo y la probable aparición de
aguas subterránea al escurrimiento superficial, aunque es
difícil la estimación cuantitativa, del efecto que tiene la
pendiente sobre el escurrimiento para estos casos.
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Tipo y uso del suelo
El tamaño de los granos del suelo, su ordenamiento y comparación, su contenido de materia
orgánica, etc, son factores íntimamente ligados a la capacidad de infiltración y de retención de
humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, así como su uso, influye de
manera notable en la magnitud y distribución de los escurrimientos.
Estado de humedad antecedente del suelo
 La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente
de infiltración. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la
cuenca generará caudales mayores debido a la disminución de la capacidad de infiltración.
Explicar la curva Q = F(t)
Es la parte del hidrograma en que el caudal procede solamente de la escorrentía básica. Es
importante notar que la curva de agotamiento, comienza más alto que el punto de inicio del
escurrimiento directo (punto de agotamiento antes de la crecida), eso ese debido a que parte
de la precipitación que se infiltró está ahora alimentando el cauce.
Indique cual corresponde a un suelo arcilloso y cual a un arenoso.
Si se tiene una densidad de drenaje alta que puede decirse de la cuenca.
Llamamos densidad de drenaje a la relación entre la longitud total de todos los cauces de agua y
la superficie total de la cuenca.
D = L/S
D = Densidad de drenaje
L = Longitud total de todos los cauces de agua en km
S = Superficie total de la cuenca en km2
Entonces podemos decir que la cuenca tiene una superficie pequeña.
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El método racional se utiliza en hidrología para determinar el Caudal Instantáneo Máximo
de descarga de una cuenca hidrográfica.
La fórmula básica del método racional es:
Qp=C.ic.Ad
Donde:
Qp= Caudal máximo expresado en m3/s
C= Coeficiente de escurrimiento (o coeficiente de escorrentía) ver tabla con valores
numéricos en ese artículo principal
ic= Intensidad de la precipitación concentrada en m/s en un período igual al tiempo de
concentración tc
Ad = Área de la cuenca hidrográfica en m2.
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ic=i.Tc/Ti
Donde:
i= Intensidad de la precipitación en m/s
Tc= Tiempo de concentración en segundos
Ti= Tiempo durante el que se midió la Intensidad de la precipitación en segundos
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Esta fórmula empírica, por su simplicidad, es aun utilizada para el calculo de alcantarillas,
galerías de aguas pluviales, estructuras de drenaje de pequeñas áreas, a pesar de presentar
algunos inconvenientes, superados por procedimientos de cálculo más complejos. También
se usa en ingeniería de carreteras para el cálculo de caudales vertientes de la cuenca a la
carretera, y así poder dimensionar las obras de drenaje necesarias, siempre que la cuenca
vertiente tenga un tiempo de concentración no superior a 6 horas.
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El método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en
hidrología, para la determinación del caudal producido por una
precipitación en una determinada cuenca hidrográfica.
Si fuera posible que se produjeran dos lluvias idénticas sobre una cuenca
hidrográfica cuyas condiciones antes de la precipitación también fueran
idénticas, sería de esperarse que los hidrogramas correspondientes a las
dos lluvias también fueran iguales. Esta es la base del concepto de
hidrograma unitario. En la realidad es muy difícil que ocurran lluvias
idénticas; esta pueden variar su duración; el volumen precipitado; su
distribución espacial; su intensidad.
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Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un
escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg,...
de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada
duración y determinadas características de distribución en la cuenca
hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración
y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con
ordenadas de caudales proporcionales al volumen defluido.
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Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de
precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad
razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias
anteriores o posteriores. El primer paso es la separación del
escurrimiento subterráneo del escurrimiento superficial directo. Se
calcula el volumen defluido (representada por el área ABCD de la
figura) y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario
dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de
escurrimiento distribuido sobre la cuenca, hdistribuido, expresado en cm.
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El hidrograma unitario resultante corresponde al volumen de un
centímetro de escurrimiento. El paso final es la selección de la duración
específica de una lluvia, con base en el análisis de los datos de la
precipitación. Períodos de baja intensidad de precipitación en el
comienzo y al final de la lluvia deben ser despreciados, ya que no
contribuyen sustancialmente al escurrimiento.
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