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Escorrentía superficial


La escorrentía superficial describe el flujo del agua, lluvia, nieve, u otras fuentes, sobre la tierra, y es un componente principal del ciclo del agua. A la escorrentía que ocurre en la superficie antes de alcanzar un canal se le llama fuente no puntual. Si una fuente no puntual contiene contaminantes artificiales, se le llama polución de fuente no puntual. Al área de tierra que produce el drenaje de la escorrentía a un punto común se la conoce como línea divisoria de aguas. Cuando la escorrentía fluye a lo largo de la tierra, puede recoger contaminantes del suelo, como petróleo, pesticidas (en especial herbicidas e insecticidas), o fertilizantes.

Generación


La escorrentía superficial puede generarse por precipitación o por fundición de nieve o glaciares.

La fundición de nieve y glaciares se da sólo en áreas lo bastante frías como para que se formen permanentemente. La escorrentía de nieve suele alcanzar su punto máximo en primavera, y los glaciares se derriten en verano, lo que produce máximos de flujo pronunciados en los ríos afectados por ellos. El factor determinante de la tasa de fundición de nieve o glaciares es la temperatura del aire y la duración de la luz solar. En las regiones de alta montaña, las corrientes se elevan durante los días soleados y disminuyen en los nublados debido a la razón anterior.

En áreas donde no hay nieve, la escorrentía proviene de la precipitación. Sin embargo, no toda la precipitación produce escorrentía, porque el almacenaje en los suelos puede absorber los chaparrones ligeros. En los suelos muy antiguos de Australia y África del Sur, las raíces proteoides, con sus redes muy densas de pelos, pueden absorber tanta agua de lluvia como para evitar la escorrentía, aunque caigan cantidades sustanciales de lluvia. En estas regiones, incluso en suelos de arcilla agrietados relativamente menos estériles, son necesarias cantidades altas de precipitación, y un bajo potencial de evaporación, para generar cualquier escorrentía superficial, lo que conduce a adaptaciones especializadas a corrientes muy variables (por lo general, efímeras).

Flujo terrestre con exceso de infiltración

Hay un exceso de infiltración cuando la tasa de precipitación en una superficie excede la tasa a la cual el agua puede infiltrarse en la tierra, y cualquier cuenca para almacenamiento está ya llena. A este proceso también se le llama flujo terrestre hortoniano (en honor de Robert E. Horton), o flujo terrestre insaturado. Se produce con más frecuencia en regiones áridas y semiáridas, donde las intensidades de precipitación son altas y la capacidad de infiltración del suelo es reducida debido a la impermeabilización de la superficie, o en áreas pavimentadas.

Flujo terrestre con exceso de saturación

Cuando el suelo está saturado y la cuenca de almacenamiento llena, la precipitación producirá inmediatamente una escorrentía superficial. El nivel precedente de humedad del suelo es un factor que afecta al tiempo que pasará hasta que el suelo se sature. Esta escorrentía se conoce también como flujo terrestre saturado.

Flujo de retorno subsuperficial

Después de que el agua se infiltra en el suelo en la porción en cuesta de una colina, el agua puede fluir lateralmente por el suelo, y exfiltrarse (fluir fuera) cerca de un canal. También se le llama flujo interno.

Al fluir, la cantidad de escorrentía puede verse reducida de varios modos: una pequeña parte puede evaporarse; el agua puede almacenarse temporalmente en cuencas microtopográficas; y otra parte puede fluir inmediatamente sobre la superficie. La escorrentía superficial que permanece al final fluye en una corriente de agua como ríos, lagos, estuarios u océanos.

Impacto humano sobre la escorrentía superficial



La urbanización aumenta la escorrentía superficial, al crear superficies más impermeables, como pavimento y edificios, que no permiten la filtración del agua hasta el acuífero. En vez de filtrarse al suelo, el agua es forzada directamente hacia corrientes o drenajes, donde la erosión y sedimentación pueden ser problemas importantes, incluso cuando no hay inundación. El aumento de escorrentía reduce la recarga de agua subterránea, bajando así la capa freática y empeorando las sequías, sobre todo para los agricultores y quienes dependen de pozos de agua.

Cuando hay contaminantes antropogénicos disueltos o suspendidos en la escorrentía, el impacto humano se amplía. Esta carga de contaminantes puede alcanzar a diversas aguas receptoras como corrientes, ríos, lagos, estuarios y océanos, cambiando la química del agua en estos sistemas y en sus ecosistemas relacionados.

Efectos de la escorrentía superficial


Erosión

La escorrentía superficial es una de las causas de erosión de la superficie de la tierra. La erosión provoca una menor productividad de las cosechas, por lo que sus efectos se estudian en el campo de la conservación del suelo. Hay cuatro tipos principales de erosión: erosión de salpicadura, erosión de barranco, erosión de lámina y erosión de lecho de arroyo. La erosión de salpicadura es el resultado de la colisión mecánica de una gota de lluvia con la superficie del suelo, provocando que algunas partículas de suelo queden suspendidas en la solución de agua superficial. La erosión de barranco ocurre cuando la corriente de la escorrentía es tan fuerte que corta una ringlera reconocible en el suelo y crea un pequeño riachuelo con canal bien definido, que podría ser tan pequeño como un centímetro de ancho o tan grande como varios metros. La erosión de lámina es el transporte terrestre de escorrentía que no tiene un canal bien definido. Ambos tipos de escorrentía pueden transportar cantidades significativas de sedimentos u otros contaminantes del agua. En el caso de la erosión de barranco, cantidades masivas de material pueden ser transportadas en un pequeño espacio de tiempo.

Las partículas de suelo que lleva la escorrentía tienen un tamaño variable de entre 0.001 mm y 1 mm de diámetro. Las partículas más grandes tienden a precipitar, o a asentarse, con pequeñas distancias de transporte, mientras que las partículas diminutas pueden recorrer mucha distancia suspendidas en la columna de agua. Por esta razón, los suelos de arcilla, compuestos por partículas más pequeñas, tienden a generar turbiedad y disminuir la transmisión de luz, una condición que puede interrumpir los ecosistemas acuáticos.

Actualmente, una de las fuentes principales de pérdida de suelo por erosión proviene de la tala y la quema de bosques tropicales. Cuando la superficie de tierra total es despojada de vegetación y de todos los organismos vivos, los suelos superiores son vulnerables a la erosión del viento y el agua. En varias regiones de la tierra, hay sectores enteros que han sido declarados improductivos. Por ejemplo, en la alta meseta central de Madagascar, que comprende aproximadamente el diez por ciento del área de tierra de aquel país, el paisaje es estéril en vegetación, con surcos erosivos superiores a 50 metros de hondo y de un kilómetro de ancho. La pérdida de suelo superior a causa de la erosión reduce su fertilidad y la calidad del producto agrícola.

Impactos ambientales

Las principales cuestiones ambientales asociadas con la escorrentía son los impactos sobre el agua superficial, subterránea y del suelo, por el transporte de contaminantes a estos sistemas. En último término, estas consecuencias se traducen en riesgos para la salud humana, perturbaciones del ecosistema e impacto estético sobre los recursos de agua. Entre los contaminantes que crean el mayor impacto, sobre las aguas superficiales que provienen de la escorrentía, están las sustancias derivadas del petróleo, los herbicidas y los fertilizantes. Cuando las aguas superficiales son usadas como abastecimientos de agua potable, pueden quedar comprometidas en cuanto a riesgos para la salud y estética del agua potable (es decir, en su olor, color y turbiedad). Las aguas superficiales contaminadas también pueden cambiar los procesos metabólicos de las especies acuáticas que reciben; estas modificaciones pueden conducir a la muerte de animales o cambiar el equilibrio de la población actual. Otros impactos específicos actúan sobre el apareamiento animal, la reproducción, la viabilidad de las larvas y los huevos, la supervivencia juvenil y la productividad de las plantas.

En el caso del agua subterránea, la cuestión principal es la contaminación del agua potable, si el acuífero se utiliza para el uso humano. En cuanto a la contaminación del suelo, las aguas de escorrentía pueden tener dos caminos importantes de interés. En primer lugar, el agua de escorrentía puede extraer contaminantes del suelo y llevarlos a hábitats acuáticos aún más sensibles. En segundo lugar, la escorrentía puede depositar contaminantes en suelos relativamente limpios, provocando consecuencias para la ecología o la salud.

Inundaciones

Las inundaciones ocurren cuando un canal es incapaz de encauzar la cantidad de escorrentía que fluye río abajo. La frecuencia con la cual ocurre esto se describe por un período de retorno. La inundación es un proceso natural, que mantiene la composición y los procesos del ecosistema, pero también puede ser modificada por cambios en el uso de la tierra. Las inundaciones pueden ser beneficiosas para las sociedades o causar daño. La agricultura a lo largo de la llanura aluvial del Nilo se aprovechó de las inundaciones estacionales, que depositaron nutrientes beneficiosos para las cosechas. Los impactos adversos provocan pérdida de vidas, daños a la propiedad, contaminación de los abastecimientos de agua, pérdida de cosechas y desorden social. Las inundaciones están entre las catástrofes más devastadoras.

Cuestiones agrícolas

Cuando las tierras de labranza son cultivadas, el suelo queda desnudo. El agua de lluvia lleva billones de toneladas de capa fértil a los canales de agua cada año, causando la pérdida de suelo fértil valioso y añadiendo sedimentos que producen turbiedad en las aguas superficiales.

Por otro lado, los productos químicos agrícolas (nitratos, fosfatos, pesticidas, herbicidas etc.) son transportados por la escorrentía superficial. Esto ocurre cuando el uso de sustancias químicas es excesivo o está mal calculado con respecto a una precipitación alta. La escorrentía contaminada que resulta, no sólo representa un desperdicio de productos químicos agrícolas, sino también una amenaza ambiental para los ecosistemas río abajo. La alternativa a la agricultura convencional es la agricultura ecológica, que elimina o reduce enormemente el uso de sustancias químicas.

Medidas y modelado matemático


La escorrentía se analiza usando modelos matemáticos en combinación con varios métodos de prueba de la calidad del agua. Las medidas pueden hacerse usando instrumentos automatizados de análisis de la calidad del agua, midiendo contaminantes como productos químicos orgánicos o inorgánicos específicos, pH, turbiedad, etc, o centrarse en indicadores secundarios como el oxígeno disuelto. Las medidas también pueden hacerse en forma de lotes, extrayendo una muestra de agua y haciendo sobre ella pruebas químicas o físicas.

Se han desarrollado modelos informáticos (como el DSSAM), que permiten que la escorrentía superficial sea rastreada por el curso del río a través de contaminantes de agua reactivos.

Mitigación y tratamiento


La mitigación de los impactos adversos de la escorrentía puede darse en varias formas:

* Controles en el desarrollo del uso de tierras, encaminados a reducir al mínimo las superficies impermeables en áreas urbanas.
* Control de la erosión para granjas y obras de construcción.
* Programas para controlar las inundaciones.
* Controles de uso de sustancias químicas en agricultura, mantenimiento del paisaje, uso industrial, etc.