Escorrentía superficial: qué es, factores y cómo se calcula

Pablo RojasActualizado el 13 de septiembre de 20266 min de lectura

En este artículo

Definición y componentes
¿Por qué no toda la lluvia se infiltra?
Factores que la determinan
Métodos de cálculo
Ejemplo de cálculo
Impactos y manejo
Preguntas frecuentes
Fuentes

La escorrentía superficial es la parte de la lluvia, del derretimiento de nieve o del riego que no se infiltra ni se evapora y fluye sobre el terreno hacia cauces, drenajes o lagos. Aparece cuando la lluvia supera la capacidad de infiltración o el suelo está saturado, y se estima con el método racional o el número de curva.

Definición y componentes

El USGS define la escorrentía como la parte de la precipitación, del derretimiento de nieve o del agua de riego que aparece en arroyos, ríos, drenajes o alcantarillados. En español también se la llama escurrimiento. Junto con la infiltración y la evapotranspiración, es uno de los términos del balance hídrico de una cuenca.

El caudal que se mide en un río tiene tres componentes:

Escorrentía superficial: fluye sobre el terreno y llega a los cauces en minutos u horas.
Escorrentía subsuperficial (interflujo): se infiltra pero avanza lateralmente por las capas superiores del suelo y aflora en el cauce con cierto retardo.
Escorrentía subterránea (flujo base): recarga el acuífero y alimenta al río lentamente; es la que mantiene los caudales en estiaje.

En el diseño de obras interesa sobre todo la escorrentía directa (la superficial más la subsuperficial rápida), que forma el peak del hidrograma de crecida.

¿Por qué no toda la lluvia se infiltra?

Hay dos mecanismos principales:

Exceso de infiltración (mecanismo de Horton): la intensidad de la lluvia supera la capacidad de infiltración del suelo y el excedente escurre, aunque el suelo más profundo esté seco. Domina en suelos compactados, zonas áridas con costras y superficies urbanas.
Exceso de saturación (mecanismo de Dunne): el suelo ya está saturado, por ejemplo en fondos de valle o después de lluvias previas, y cualquier lluvia adicional escurre, aun con baja intensidad.

La capacidad de infiltración disminuye durante la tormenta a medida que el suelo se humedece. Así lo describen modelos como Horton o Green-Ampt; ver infiltración: Horton, Green-Ampt y doble anillo.

Factores que la determinan

Precipitación: intensidad, duración, cantidad y frecuencia de la lluvia, además de la humedad que dejó la lluvia anterior (humedad antecedente).
Tipo de suelo: los suelos arenosos infiltran rápido y generan poca escorrentía. Los arcillosos retienen mucha agua pero la dejan entrar lentamente, por lo que escurren más ante lluvias intensas.
Cobertura vegetal: la vegetación intercepta la lluvia, frena el flujo y mejora la estructura del suelo; el suelo desnudo escurre más.
Pendiente y forma de la cuenca: las pendientes altas aceleran el flujo y acortan el tiempo de concentración.
Urbanización: techos y pavimentos impermeables eliminan la infiltración. El USGS señala que, en zonas urbanizadas, llega mucha más agua a los cauces y mucho más rápido, lo que aumenta la frecuencia y la severidad de las inundaciones.

Métodos de cálculo

Método racional (caudal máximo)

Estima el caudal peak de cuencas pequeñas a partir de la intensidad de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración:

Q = \frac{C \cdot i \cdot A}{3{,}6}

con $Q$ en m³/s, $C$ el coeficiente de escorrentía (adimensional, entre 0 y 1), $i$ la intensidad en mm/h y $A$ el área en km². Si el área está en hectáreas, el divisor es 360. Supone lluvia uniforme en el espacio y el tiempo, por lo que solo se recomienda en cuencas pequeñas y drenaje urbano; el área máxima admisible varía según el manual de cada país. Puedes aplicarlo con nuestra calculadora del método racional.

Número de curva SCS-CN (volumen de escorrentía)

Desarrollado por el Servicio de Conservación de Recursos Naturales de EE. UU. (NRCS), estima la lámina de escorrentía directa $Q$ de una tormenta de lámina $P$ según un número de curva $CN$ (entre 30 y 100) que depende del tipo hidrológico de suelo, el uso del suelo y la humedad antecedente:

Q = \frac{(P - 0{,}2S)^2}{P + 0{,}8S}, \qquad S = \frac{25400}{CN} - 254

con $P$ , $Q$ y $S$ en mm. La abstracción inicial es $I_a = 0{,}2S$ , y si la lluvia no la supera la escorrentía es nula. Más detalles en qué es el número de curva y en la calculadora SCS-CN.

Hidrograma unitario y modelos

Para obtener el hidrograma completo (no solo el peak o el volumen) la lluvia efectiva se transforma con un hidrograma unitario (SCS, Snyder) o con modelos continuos que simulan infiltración, flujo base y tránsito por cauces.

Ejemplo de cálculo

Una cuenca urbana de 0,8 km² tiene un coeficiente $C = 0{,}6$ . La intensidad de diseño para su tiempo de concentración es 45 mm/h:

Q = \frac{0{,}6 \cdot 45 \cdot 0{,}8}{3{,}6} = 6{,}0 \text{ m}^3\text{/s}

Para el volumen, supongamos una tormenta de $P = 60$ mm y $CN = 80$ :

S = \frac{25400}{80} - 254 = 63{,}5 \text{ mm}, \qquad I_a = 0{,}2 \cdot 63{,}5 = 12{,}7 \text{ mm}

Q = \frac{(60 - 12{,}7)^2}{60 + 0{,}8 \cdot 63{,}5} = \frac{2237{,}3}{110{,}8} \approx 20{,}2 \text{ mm}

Es decir, un tercio de la lluvia escurre. Sobre 0,8 km² son unos 16.200 m³ de escorrentía directa, el volumen de referencia para dimensionar un estanque de retención.

Impactos y manejo

Inundaciones: la escorrentía rápida concentra caudales en calles y cauces y supera la capacidad de los colectores.
Erosión: el flujo arrastra suelo y forma surcos y cárcavas; ver la sección de erosión hídrica del diccionario.
Calidad del agua: lava sedimentos, nutrientes, hidrocarburos y basura hacia ríos y lagos.
Menor recarga: el agua que escurre rápido no recarga los acuíferos.

El drenaje urbano sostenible busca imitar el ciclo natural: pavimentos permeables, jardines de lluvia, zanjas de infiltración y estanques de retención.

Preguntas frecuentes

¿Escorrentía y escurrimiento son lo mismo?

Sí, son sinónimos. "Escurrimiento" se usa mucho en México y Chile, y "escorrentía" en España y en la literatura técnica traducida.

¿Qué es el coeficiente de escorrentía?

Es la fracción de la lluvia que se transforma en escorrentía. Vale cerca de 1 en superficies impermeables y es mucho menor en suelos permeables con vegetación. En el método racional se aplica al caudal máximo, y en un balance anual es la razón entre la escorrentía y la precipitación.

¿Cuándo no conviene usar el método racional?

En cuencas grandes, con lluvia no uniforme, con embalses o llanuras que amortiguan la crecida, o cuando se necesita el volumen o la forma del hidrograma. En esos casos se usan el número de curva con hidrograma unitario o modelos hidrológicos.

¿La escorrentía superficial recarga acuíferos?

Parcialmente. Parte del agua que escurre se infiltra aguas abajo en cauces permeables, conos aluviales o zonas de recarga, sobre todo en climas áridos.

Fuentes

USGS Water Science School. Runoff: Surface and Overland Water Runoff. U.S. Geological Survey.
USDA-NRCS. National Engineering Handbook, Part 630 Hydrology (cap. 10, estimación de escorrentía directa).
U.S. EPA. Soak Up the Rain: What's the Problem?
Horton, R. E. (1933). The role of infiltration in the hydrologic cycle. Transactions, American Geophysical Union, 14, 446–460.
Chow, V. T., Maidment, D. R. y Mays, L. W. (1988). Applied Hydrology. McGraw-Hill.