Escorrentía (hidrología)

El ciclo del agua (o ciclo hidrológico o ciclo hidrológico) es un ciclo biogeoquímico que implica el movimiento continuo del agua sobre, por encima y por debajo de la superficie de la Tierra . La masa de agua en la Tierra permanece bastante constante a lo largo del tiempo. Sin embargo, la partición del agua en los principales reservorios de hielo , agua dulce , agua salada y agua atmosférica es variable y depende de las variables climáticas . El agua se mueve de un reservorio a otro, como de un río al océano , o del océano a la atmósfera. Los procesos que impulsan estos movimientos son la evaporación , la transpiración , la condensación , la precipitación , la sublimación , la infiltración , la escorrentía superficial y el flujo subterráneo. Al hacerlo, el agua pasa por diferentes formas: líquida, sólida ( hielo ) y vapor . El océano juega un papel clave en el ciclo del agua, ya que es la fuente del 86% de la evaporación global. ^[2]

El ciclo del agua implica un intercambio de energía que provoca cambios de temperatura . Cuando el agua se evapora, absorbe energía de su entorno y enfría el ambiente. Cuando se condensa, libera energía y calienta el ambiente. Estos intercambios de calor influyen en el sistema climático .

La fase de evaporación del ciclo purifica el agua porque hace que las sales y otros sólidos recogidos durante el ciclo se queden atrás. La fase de condensación en la atmósfera repone la tierra con agua dulce. El flujo de agua líquida y hielo transporta minerales por todo el planeta. También modifica las características geológicas de la Tierra, a través de procesos como la erosión y la sedimentación . El ciclo del agua también es esencial para el mantenimiento de la mayoría de la vida y los ecosistemas del planeta.

Las acciones humanas están afectando en gran medida el ciclo del agua. Actividades como la deforestación , la urbanización y la extracción de agua subterránea están alterando los paisajes naturales ( cambios en el uso del suelo ), todas ellas tienen un efecto sobre el ciclo del agua. ^{[3] : 1153} Además de esto, el cambio climático está provocando una intensificación del ciclo del agua . Las investigaciones han demostrado que el calentamiento global está provocando cambios en los patrones de precipitación, una mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos y cambios en el momento y la intensidad de las precipitaciones. ^{[4] : 85} Estos cambios en el ciclo del agua afectan a los ecosistemas , la disponibilidad de agua , la agricultura y las sociedades humanas.

La escorrentía superficial (también conocida como flujo superficial o escorrentía terrestre) es el flujo no confinado de agua sobre la superficie del suelo, en contraste con la escorrentía de canal (o flujo de arroyo ). Ocurre cuando el exceso de agua de lluvia , agua de lluvia , agua de deshielo u otras fuentes, ya no pueden infiltrarse con suficiente rapidez en el suelo . Esto puede ocurrir cuando el suelo está saturado de agua hasta su capacidad máxima y la lluvia llega más rápido de lo que el suelo puede absorberla. La escorrentía superficial a menudo ocurre porque las áreas impermeables (como techos y pavimento ) no permiten que el agua se filtre en el suelo. Además, la escorrentía puede ocurrir a través de procesos naturales o provocados por el hombre. ^[5]

La escorrentía superficial es un componente importante del ciclo del agua . Es el principal agente de erosión del suelo por el agua . ^{[6] [7]} La ​​superficie de tierra que produce escorrentía que drena hacia un punto común se denomina cuenca de drenaje .

La escorrentía que se produce en la superficie del suelo antes de llegar a un canal puede ser una fuente no puntual de contaminación , ya que puede transportar contaminantes creados por el hombre o formas naturales de contaminación (como hojas podridas). Los contaminantes creados por el hombre en la escorrentía incluyen petróleo , pesticidas , fertilizantes y otros. ^[8] Gran parte de la contaminación agrícola se ve exacerbada por la escorrentía superficial, lo que lleva a una serie de impactos río abajo, incluida la contaminación por nutrientes que causa eutrofización .

Además de causar erosión hídrica y contaminación, la escorrentía superficial en áreas urbanas es una causa principal de inundaciones urbanas , que pueden provocar daños a la propiedad, humedad y moho en sótanos e inundaciones en las calles.

La escorrentía urbana es la escorrentía superficial del agua de lluvia, el riego de jardines y el lavado de automóviles ^[9] creada por la urbanización . Las superficies impermeables ( carreteras , estacionamientos y aceras ) se construyen durante el desarrollo de la tierra . Durante la lluvia , las tormentas y otros eventos de precipitación , estas superficies (construidas con materiales como asfalto y hormigón ), junto con los tejados , llevan el agua de lluvia contaminada a los desagües pluviales , en lugar de permitir que el agua se filtre a través del suelo . ^[10] Esto provoca la reducción del nivel freático (porque se reduce la recarga de agua subterránea ) e inundaciones, ya que la cantidad de agua que permanece en la superficie es mayor. ^{[11] [12]} La mayoría de los sistemas de alcantarillado pluvial municipales descargan aguas pluviales sin tratar en arroyos , ríos y bahías . Este exceso de agua también puede llegar a las propiedades de las personas a través de los respaldos del sótano y la filtración a través de las paredes y los pisos de los edificios.

La escorrentía urbana puede ser una fuente importante de inundaciones urbanas y contaminación del agua en comunidades urbanas de todo el mundo.

El caudal de un río , o escorrentía de un canal, es el flujo de agua en arroyos y otros canales , y es un elemento importante del ciclo del agua . Es un componente de la escorrentía, el movimiento del agua desde la tierra hasta los cuerpos de agua , el otro componente es la escorrentía superficial . El agua que fluye en los canales proviene de la escorrentía superficial de las laderas adyacentes, del flujo de agua subterránea que sale del suelo y del agua descargada por las tuberías. La descarga de agua que fluye en un canal se mide utilizando medidores de caudal o se puede estimar mediante la ecuación de Manning . El registro del caudal a lo largo del tiempo se denomina hidrograma . Las inundaciones se producen cuando el volumen de agua supera la capacidad del canal.

Un modelo de escorrentía o modelo de lluvia-escorrentía describe cómo la lluvia se convierte en escorrentía en una cuenca hidrográfica (área de captación o cuenca hidrográfica). Más precisamente, produce un hidrograma de escorrentía superficial en respuesta a un evento de lluvia, representado por un hietograma y que se ingresa como entrada . Los modelos de lluvia-escorrentía deben calibrarse antes de poder usarse.

Un modelo de escorrentía bien conocido es el de embalse lineal , pero en la práctica tiene una aplicabilidad limitada.

El modelo de escorrentía con un embalse no lineal es más universalmente aplicable, pero sigue siendo válido sólo para cuencas cuya superficie está limitada por la condición de que la lluvia pueda considerarse distribuida más o menos uniformemente sobre el área. El tamaño máximo de la cuenca depende entonces de las características de la pluviosidad de la región. Cuando el área de estudio es demasiado grande, se puede dividir en subcuencas y los diversos hidrogramas de escorrentía se pueden combinar utilizando técnicas de enrutamiento de inundaciones .

El número de curva de escorrentía (también llamado número de curva o simplemente CN) es un parámetro empírico utilizado en hidrología para predecir la escorrentía directa o la infiltración del exceso de lluvia . ^[13] El método del número de curva fue desarrollado por el Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA , que anteriormente se llamaba Servicio de Conservación de Suelos o SCS ; el número todavía se conoce popularmente como "número de curva de escorrentía del SCS" en la literatura. El número de curva de escorrentía se desarrolló a partir de un análisis empírico de la escorrentía de pequeñas cuencas y parcelas de laderas monitoreadas por el USDA. Se usa ampliamente y es un método eficiente para determinar la cantidad aproximada de escorrentía directa de un evento de lluvia en un área en particular.