Escorrentía (hidrología)

El ciclo del agua (o ciclo hidrológico) es un ciclo biogeoquímico que implica el cambio continuo de forma del agua en, sobre y bajo la superficie de la Tierra a través de diferentes reservorios. La masa de agua en la Tierra permanece relativamente constante a lo largo del tiempo. ^{[ 2 ]} Sin embargo, la distribución del agua en los principales reservorios de hielo , agua dulce , agua salada y agua atmosférica es variable y depende de variables climáticas . El agua se mueve de un reservorio a otro, como de un río al océano o del océano a la atmósfera, debido a una variedad de procesos físicos y químicos. Los procesos que impulsan estos movimientos, o flujos , son la evaporación , la transpiración , la condensación , la precipitación , la sublimación , la infiltración , la escorrentía superficial y el flujo subsuperficial. Al hacerlo, el agua pasa por diferentes fases: líquida, sólida ( hielo ) y gaseosa . El océano desempeña un papel clave en el ciclo del agua, ya que es la fuente del 86% de la evaporación global. ^{[ 3 ]}

El ciclo del agua se basa en intercambios de energía en forma de transferencias de calor entre diferentes fases. La energía liberada o absorbida durante un cambio de fase puede provocar cambios de temperatura . ^{[ 4 ]} El calor se absorbe cuando el agua pasa de la fase líquida a la fase gaseosa mediante la evaporación. Este calor también se conoce como calor latente de vaporización. ^{[ 5 ]} Por el contrario, cuando el agua se condensa o se derrite del hielo sólido, libera energía y calor. A escala global, el agua desempeña un papel fundamental en la transferencia de calor desde los trópicos a los polos a través de la circulación oceánica. ^{[ 6 ]}

La fase de evaporación del ciclo también actúa como un proceso de purificación al separar las moléculas de agua de las sales y otras partículas presentes en su fase líquida. ^{[ 7 ]} La fase de condensación en la atmósfera reabastece la tierra con agua dulce. El flujo de agua líquida transporta minerales por todo el planeta. También remodela las características geológicas de la Tierra mediante procesos de meteorización, erosión y sedimentación. El ciclo del agua es esencial para el mantenimiento de la mayor parte de la vida y los ecosistemas del planeta.

Las acciones humanas están afectando enormemente 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 ) y todas tienen un efecto en el ciclo del agua. ^{[ 8 ] : 1153} Además, el cambio climático está llevando a una intensificación del ciclo del agua . Las investigaciones han demostrado que el calentamiento global está causando cambios en los patrones de precipitación, una mayor frecuencia de eventos climáticos extremos y cambios en el momento y la intensidad de las lluvias. ^{[ 9 ] : 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 de superficie o escorrentía terrestre) es el flujo no confinado de agua sobre la superficie del suelo, a diferencia de la escorrentía de canal (o flujo de arroyo ). Ocurre cuando el exceso de agua de lluvia , agua de tormenta , agua de deshielo u otras fuentes ya no pueden infiltrarse en el suelo con la suficiente rapidez . Esto puede suceder cuando el suelo está saturado de agua a su máxima capacidad y la lluvia llega más rápido de lo que el suelo puede absorberla . La escorrentía superficial suele ocurrir porque las áreas impermeables (como techos y pavimentos ) 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. ^{[ 10 ]}

La escorrentía superficial es un componente importante del ciclo del agua . Es el principal agente de erosión del suelo por el agua . ^{[ 11 ] [ 12 ]} El área de tierra que produce escorrentía que drena hacia un punto común se llama cuenca de drenaje .

La escorrentía que se produce en la superficie del suelo antes de llegar a un canal puede ser una fuente de contaminación difusa , ya que puede transportar contaminantes de origen humano o formas naturales de contaminación (como hojas en descomposición). Los contaminantes de origen humano en la escorrentía incluyen petróleo , pesticidas , fertilizantes y otros. ^{[ 13 ]} Gran parte de la contaminación agrícola se ve exacerbada por la escorrentía superficial, lo que conlleva una serie de impactos aguas abajo, incluida la contaminación por nutrientes que causa eutrofización .

Además de provocar erosión hídrica y contaminación, la escorrentía superficial en las zonas urbanas es una de las principales causas de las inundaciones urbanas , que pueden ocasionar daños materiales, humedad y moho en los sótanos e inundaciones en las calles.

El caudal , o escorrentía de canal, es el flujo de agua en arroyos y otros canales , y es un elemento fundamental del ciclo del agua . Es uno de los componentes de la escorrentía, el movimiento del agua desde la tierra hacia los cuerpos de agua , siendo el otro componente la escorrentía superficial . El agua que fluye en los canales proviene de la escorrentía superficial de las laderas adyacentes, del flujo de agua subterránea y del agua descargada por tuberías. El caudal de agua que fluye en un canal se mide con medidores de caudal o se puede estimar mediante la ecuación de Manning . El registro del flujo a lo largo del tiempo se denomina hidrograma . Las inundaciones ocurren cuando el volumen de agua excede la capacidad del canal.

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

Un modelo de escorrentía bien conocido es el de embalse lineal , pero en la práctica su aplicabilidad es limitada. El modelo de escorrentía con embalse no lineal es más universalmente aplicable, pero aun así solo es válido para cuencas cuya superficie está limitada por la condición de que la precipitación se distribuya de forma más o menos uniforme en el área. El tamaño máximo de la cuenca depende entonces de las características de la precipitación en la región. Cuando el área de estudio es demasiado grande, se puede dividir en subcuencas y combinar los distintos hidrogramas de escorrentía mediante técnicas de enrutamiento de inundaciones .