Cómo obtener el umbral de escorrentía Po

By 25 febrero, 2015 Hidrología 14 Comments
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Uno de los parámetros a determinar en un estudio hidrológico es el umbral de escorrentía, alias P0… En este post te cuento cómo obtenerlo

¿Qué es el umbral de escorrentía?

Un estudio hidrológico tiene por finalidad calcular el caudal que producirá una lluvia caída en le punto de salida de una cuenca o una subcuenca. Ese caudal que saldrá por el punto de salida de la cuenca proviene de toda el agua precipitada que se ha transportado mediante escorrentía por la superficie del terreno.

Ahora bien, no toda la precipitación caída sobre el terreno producirá escorrentía. Efectivamente, parte del agua caída en la lluvia penetrará en el mismo y otra seguirá hacia aguas abajo superficialmente.

Así pues el umbral de escorrentía, también conocido como abstracción inicial, es la cantidad de precipitación a partir de la cual el terreno no es capaz de infiltrar más agua y esta discurre sobre la superficie en un flujo difuso. Este umbral depende de la humedad inicial del suelo, el uso del suelo, el tipo de suelo y la pendiente.

De entrada parece lógico pensar que un suelo seco será capaz de admitir mucha más agua antes de que se produzca la escorrentía que uno que ya presente humedad…. o que un terreno asfaltado producirá escorrentía antes que un bosque… o que un terreno con una elevada pendiente favorecerá en mayor grado la formación de escorrentía que uno más tendido…

Como ves, hay varios factores a considerar… Seguidamente te explico el proceso a seguir para obtener el umbral de escorrentía P0

Pasos para obtener el umbral de escorrentía P0

Primero, aclarar que para determinar la abstracción inicial de un terreno frente a una precipitación hay diferentes métodos… otro cuyo uso también está muy extendido es el del Número de Curva del Soil Conservation Service (SCS), y de hecho entre el umbral de escorrentía P0 y el número de curva existe una relación bastante directa y el método es prácticamente el mismo…

Pero en este post me voy a centrar en la obtención del umbral de escorrentía P0, el cual es el habitual para el estudio hidrológico de cuencas en España.

Paso 1. ¿Qué condición de humedad tiene el suelo?

Como te he comentado, la capacidad de infiltración de agua de lluvia en un suelo depende de la presencia de humedad en él. Así, se establecen tres tipos de estado de humedad del suelo: seco, medio o húmedo. Para determinar cada uno de ellos, una de las maneras es valorar la precipitación caída en el mes anterior al que se plantea el estudio, según la Tesis Doctoral “Desarrollo de un modelo de balance de agua en los suelos de Castilla – La Mancha sobre un Sistema de Información Geográfica” de Alicia Vela Mayorga y que está disponible para consultar en Google Books, y que establece estos intervalos:

Umbral-de-escorrentia_humedad-suelo2

Ahora bien, lo habitual es que a falta de información más precisa se considere que la humedad del suelo es del tipo medio…además de que en la mayoría de bibliografía (incluso la norma 5.2-IC la determinación del valor de umbral de escorrentía P0 que se indica es en esas condiciones de humedad media).

DESDE EL MES DE FEBRERO DE 2016 SE ENCUENTRA EN VIGOR UNA NUEVA NORMA 5.2-IC… MÁS INFORMACIÓN EN ESTE POST

Paso 2. ¿Qué capacidad de infiltración tiene el terreno?

Seguidamente se debe establecer cual es la capacidad del terreno para poder infiltrar el agua de lluvia que le cae encima… esto tiene que ver mucho con la naturaleza y geología del suelo: suelos muy impermeables (arcillosos)  generarán rápidamente escorrentía superficial mientras que suelos muy permeables (arenas) dejarán infiltrar a su interior grandes cantidades de lluvia antes de que se produzca la escorrentía.

Para valorar este aspecto, se clasifica en suelo en cuatro tipos: A, B, C y D en función de su textura y composición según el siguiente diagrama:

Umbral-de-escorrentia_tipo-suelo-1-580x512

Que puede traducirse y resumirse en la siguiente tabla:

Umbral-de-escorrentia_tipo-suelo-2-580x308

Por suerte, hoy se dispone de mucha información al respecto de la permeabilidad del suelo mediante los servicio WMS de diferentes Organismos, como el IGME por ejemplo. De este modo podrás determinar el tipo de permeabilidad de suelo de tu cuenca.

Paso 3. ¿Cuál es el uso que se le da del suelo?

El tercer aspecto que condiciona de manera definitiva el umbral de escorrentía es el uso que se le ha dado al suelo… y es que la especie humana nos hemos caracterizado por la alteración que hemos producido al territorio, transformando su estado natural según nuestras necesidades.

Así, no producirá la misma escorrentía un terreno urbanizado que un campo de cultivo o que un terreno natural arbolado. En función del uso del suelo el valor del umbral de escorrentía será mayor o menor…

Hoy en día también se dispone vía servicios WMS de mucha información al respecto: planeamientos, Corine Land Cover, SIOSE… gracias a ellos podemos distribuir y zonificar el territorio por diferentes usos del suelo, obteniendo las superficies que cada uno de esos usos se distribuyen en la cuenca de estudio.

Paso 4. ¿Qué pendiente tiene el terreno?

Es el cuarto y último condicionante importante para determinar el umbral de escorrentía… La mayor o menor pendiente facilitará en mayor o menor grado la formación de escorrentía superficial…

Otra vez, gracias a las nuevas tecnologías y aplicaciones se puede acceder a información directa a mapas de pendientes… o bien crearnos nuestro propios mapas a partir de modelos digitales de elevaciones mediante aplicaciones SIG.

Paso 5. La tabla de umbral de escorrentía P0

Finalmente, el objetivo de todo el proceso es poder establecer para una cuenca su valor de umbral de escorrentía P0… para ello existe una tabla de umbrales de escorrentía, recogida en numerosa bibliografía y en la propia Instrucción 5.2-IC. En esta tabla se entra por filas a través del uso del suelo, la pendiente y en según que casos la orientación de los elementos vegetales, y por columnas a través del tipo de suelo según su permeabilidad… Donde fila y columna se encuentren, se indica el valor de umbral de escorrentía a adoptar… Aquí tienes la tabla:

Umbral-de-escorrentia_tabla-P0_1-580x846

Umbral-de-escorrentia_tabla-P0_2

DESDE EL MES DE FEBRERO DE 2016 SE ENCUENTRA EN VIGOR UNA NUEVA NORMA 5.2-IC… MÁS INFORMACIÓN EN ESTE POST

Como ves se distingue entre característica hidrológica tipo R y N para usos de cultivo... Los cultivos tipo N son los que siguen las curvas de nivel del terreno (o los que se distribuyen por terrazas) , mientras que los cultivos tipo R son los distribuidos según la línea de máxima pendiente.

También se distingue entre rotación de cultivos pobre o densa… la pobre es la que presenta escasa densidad de cobertura vegetal, mientras que la densa presenta una cobertura vegetal importante. Incluso se clasifican algunos usos en características hidrológicas pobres, medias, buenas o muy buenas... Para más información, aquí tienes una Adenda de la Instrucción 5.2-IC que explica con más detalle estas características.

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Así mismo, tener en cuenta que para simplificar, los núcleos urbanos, edificaciones rurales, caminos, viales, carreteras, etc no se tienen en cuenta en el cálculo de caudales de avenidas al representar en general una proporción de superficie muy pequeñarespecto del total de la cuenca… aunque queda a criterio del técnico que realiza el estudio su inclusión en caso que considere oportuno.

Paso 6. Cálculo del valor de umbral de escorrentía de la cuenca

Finalmente ya sólo queda ir identificando y tomando los distintos valores de umbral de escorrentía P0 que se distribuyen por toda la cuenca para obtener como resultado final el valor de P0 característico del mismo…

Cómo llegues a él depende de ti en función de la precisión:

  • Puedes hacer un estudio super exhaustivo identificando las diferentes permeabilidades que se presentan para cada zona de uso de suelo y la distribución de pendientes, de manera que para cada permeabilidad, uso y pendiente tendrás un P0 que después ponderarás por superficies para obtener el valor representativo de P0 para esa zona de uso concreta.
  • Puedes hacer un estudio más generalista, determinado una permeabilidad media de la cuenca total (como media ponderada por área de las diferentes permeabilidades presentes en relación al área total de la cuenca) y considerar el intervalo de pendientes mayoritario en toda la zona de un uso determinado, y a partir de esa permeabilidad y pendiente extraer el valor de P0 según el uso de suelo.
  • O bien, si no requieres de mucha precisión (y según el texto de la mismísima Instrucción 5.2-IC) puedes tomar como valor de referencia de umbral de escorrentía 20mm, menos en el caso en el que la presencia de rocas o suelos arcillosos muy someros sea abundante con lo que se puede tomar como valor de referencia 10mm… pero ATENCIÓN, sin necesidad de tener que después aplicar el coeficiente de umbral de escorrentía!!! 
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Espero que este post te ayude en tu trabajo de obtención del umbral de escorrentía!!!

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14 Comments

  • Joan Rossello Geli dice:

    Apreciado Jordi,
    ante todo enhorabuena por tu blog por lo útil que es. Por lo que respecta al comentario que tengo, bueno es más que nada una duda. Intento calcular el Po para una cuenca de 49,3 km2 de extensión, subdivida a grosso modo en un 50% cultivos de secano, 25% roca caliza, 10% suelo urbano y 15% regadío. Para cada uso he encontrado su valor pero aqui surge mi duda que tu artículo no me soluciona. Creo que debo multiplicar el valor de cada uso por la extensión que tiene sobre el territorio pero en tanto por ciento o en km2?? He leído que después hay que dividir el resultado del sumatorio entre la extensión total pero no lo tengo nada claro.¿ Podrías aclarar estas dudas?
    Un saludo

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Joan, gracias por participar en el blog.
      Efectivamente, lo que se debe hacer es una ponderación por superficies: multiplicar cada valor de P0 por la superficie que abarca en km2, sumar todas las multiplicaciones y dividir el resultado por la superficie total de la cuenca.
      Saludos.

  • Felipe dice:

    Me perdí!
    Estimado necesito calcular el nivel de escorrentia en
    terrenos arcillosos
    con una pendiente de 30grados aprox.
    una superficie de 10000 mt2
    Y una precipitación anual de 1300 mm

    Espero puedas ayudarme saludos!

    • Jordi Oliveras dice:

      Felipe,
      el umbral de escorrentía no depende sólo del tipo de terreno si no también de lo que haya en él (cultivo, vegetación, etc…)
      Saludos

  • Jorge Paciarotti dice:

    Hola Jordi,
    ante todo felicitarte por tus artículos, que recibo desde hace tiempo. Sobre el presente, respecto la determinación del umbral de escorrentía, quería hacer el siguiente comentario. Una vez determinado el umbral mediante los 3 factores básicos que son la litología, uso del suelo y pendiente, queda un paso que es el corregir ese valor en función de las condiciones previas de humedad del suelo. Como bien dices al principio, lo habitual es considerar, ante la falta de información, unas condiciones medias de humedad del suelo. No obstante la propia instrucción 5.2IC incluye un gráfico (figura 2.5) que da el factor de corrección del Po y que varía sensiblemente según el punto del territorio español donde se esté haciendo el estudio. Quiero comentar al respecto que dichos valores pueden resultar conservadores y que en muchas zonas ha disminuido, lo que se traduce en una reducción del Po y por lo tanto de un aumento de la escorrentía.
    Saludos

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Jorge,
      gracias por seguir el blog, y por participar en el con tu comentario.
      Efectivamente, el umbral de escorrentía obtenido está sujeto a una modificación mediante un coeficiente.
      Como comentas los valores de esos coeficientes han sufrido modificaciones.
      Esto es algo que reflejé en el post Desmontando el Método Racional, vía Témez, en la que expongo cómo Témez propuso incluso unos valores de coeficientes de umbral de escorrentía que son incluso menores que los de la Instrucción, lo que repercute en la obtención de caudales de avenida mayores.
      Saludos

  • Maria E dice:

    Hola, quiero calcular la profundidad de escorrentia o precipitación efectiva con el metodo CSC, pero las tablas de ese metodo no me sirven, podria utilizar esta tabla y utilizar el CN para remplazarlo en la ecuación de CSC?
    Gracias

    • Jordi Oliveras dice:

      HOla Maria,
      creo que no hay problema en que uses los valores de CN y después lo transformes a P0 con las expresiones de equivalencia correspondiente.
      Saludos

  • Ana Belén dice:

    Hola Jordi, enhorabuena por éste super artículo, Creo que ya te lo han preguntado, pero por si acaso te lo vuelvo a preguntar yo porque no me ha quedao claro un tema. PAra la estimación del umbral de escorrentía, una vez que sabes las características, pendiente, suelos y demás.. vas a la tabla grande y según las características obtienes un umbral de escorrentía no? Entonces, ese umbral hay que multiplicarlo por el factor corrector? y Otra pregunta, debado de la tabla hay otra más pequeña que da el umbral de escorrentía para tipo de terreno, entoendo que para zonas de cultuvos y vegetación se usa la primera y para zonas de urbanizaciones, roquedos y demás la segunda no? En ambos casos. el resultado final hay que multiplicarlo por el factor corrector no??

    Muchisimas gracias, un saludo.

    • Jordi Oliveras dice:

      Gracias por tu comentario Ana Belén… Cierto, ese umbral encontrado por tablas debe modificarse con el coeficiente correspondiente… y la tabla pequeña es según indicas… pero cuidado, que desde hace cuatro meses ha cambiado la Norma y ahora los valores de umbrales se definen por los usos de suelo dela cobertura CORINE!

  • Barañado dice:

    Muy buen artículo.
    Tengo una consulta para territorio que no sea el español como determinó el coeficiente corrector de umbral de escorrentía, de que depende

    • Jordi Oliveras dice:

      Eso dependerá de lo que indiquen los Organismos de Cuenca correspondiente… Más allá del territorio español, desconozco qué criterios se aplican. Saludos.

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