Cómo calcular la escorrentía superficial

El agua puede tomar muchas rutas cuando cae del cielo en forma de lluvia y otras precipitaciones, y finalmente se filtra al suelo. Puede averiguar cuánta agua puede dirigirse a sí misma a través de estos caminos de hundimiento a través del suelo u otro material en la tierra después de grandes cantidades de lluvia. La escorrentía superficial del agua es una forma de determinar cuánta agua produce un evento de precipitación.

Los métodos simples y directos para calcular la escorrentía pueden indicarle la cantidad de agua que las tormentas traen a la tierra. Para un área de superficie determinada, como un techo o un patio, multiplique el área por las pulgadas de lluvia y divida por 231 para obtener la escorrentía en galones. El factor 231 proviene del hecho de que el volumen de 1 galón equivale a 231 pulgadas cúbicas. Al calcular el volumen de escorrentía del techo, puede utilizar unfórmula de escorrentía directa(en en³) que exige multiplicar el área que cubre el techo por las pulgadas de lluvia.

Las ecuaciones más complicadas y matizadas toman en cuenta factores como las variaciones en la cantidad de lluvia que genera una tormenta a lo largo del tiempo. Un método, conocido comoMétodo racionalusa elEcuación racional:​​

para el coeficiente de escorrentíaC, tasa máxima de escorrentíaQ, intensidad de lluviaI(en pulgadas / hora) y tamaño del áreaA(generalmente en acres).

Otros coeficientes de escorrentía utilizan diferentes unidades de medida para las otras variables, como el área en m² e intensidad en mm / h. Existen varias tablas de coeficientes de escorrentía para calcular la escorrentía de aguas pluviales, como Hoja de datos del coeficiente de escorrentía (C) por la Junta de Control de Recursos Hídricos del Estado de California. También existen calculadoras en línea para la fórmula en sí, como el de LMNO Ingeniería, Investigación y Software.

Puede medir la tasa máxima de escorrentíaQusando una tormentaHidrograma unitario, la escorrentía de una tormenta a lo largo del tiempo para un lugar donde la lluvia se acumula en la tierra, a la entrada unitaria de lluvia. Este gráfico depende de la tormenta individual en sí. Los científicos e ingenieros crean hidrogramas a partir de las mediciones de la lluvia durante las propias tormentas.

Lo hacen al mismo tiempo que abordan cuestiones como las diferencias en el área o el tiempo en el que se realizan las mediciones. Estos cálculos también brindan a los científicos e ingenieros una forma de modelar tormentas utilizando técnicas computacionales.

Usando los datos que obtienen de estas mediciones, los investigadores pueden usar probabilidad y estadísticas para determinar la probabilidad de que llueva en el futuro y qué tipo de precipitación puede ocurrir. Lo hacen mediante el uso de características para varios tipos de clima, como lluvias de alta intensidad y corta duración que pueden ocurrir en regiones de muchas partes del mundo. Esto les permite buscar patrones y tendencias a partir de los cuales pueden hacer predicciones sobre el futuro.

La investigación ha demostrado que alrededor del 50 por ciento de toda la lluvia ocurre a una intensidad superior a 20 mm / hora, mientras que alrededor de 20 a 30 El porcentaje ocurre a 40 mm / hora o más, y estas probabilidades ocurren independientemente de la precipitación promedio a largo plazo para ubicaciones.

Los científicos e ingenieros definen la escorrentía como la parte de la precipitación, el deshielo o el agua de riego que se acumula cuando la tierra no puede absorberla. A partir de estas observaciones, los investigadores pueden tener en cuenta factores como la rapidez con que emerge después de la lluvia o si se puede llamar escorrentía superficial, interflujo o escorrentía terrestre.

​Escorrentía superficiales de la superficie terrestre directamente.Interflujoes el fenómeno de flujo que ocurre cuando una capa de material como el suelo hace que la lluvia se acumule en la superficie.Escorrentía terrestrepor su naturaleza, puede acumular contaminantes del suelo como pesticidas.

Los instrumentos utilizados para determinar la escorrentía afectan la precisión de los datos. Debe tener en cuenta la precisión de cómo midió la cantidad de lluvia, la duración de la lluvia, cómo la precipitación se distribuye (incluso si tiene componentes de aguanieve o nieve), la dirección en la que viaja la tormenta y cualquier otra causa que pueda afectar la clima. Esto podría variar desde temperatura hasta viento, humedad y variaciones en la temporada.

Otras características más exclusivas de las áreas de lluvia en sí incluyen la elevación, la topografía, la forma de la cuenca, el área de drenaje, el tipo de suelo y la proximidad de estanques, lagos, embalses, sumideros y otros componentes de la cuenca que pueden afectar escapada.

A medida que los investigadores estudian la naturaleza de estos fenómenos con respecto a la geología, pueden utilizar los datos y la información que obtienen para estudiar fenómenos en la atmósfera en otras áreas. Los efectos debidos a la superficie y la escorrentía entre las tormentas en los Estados Unidos y las del Amazonas pueden diferir mucho entre sí.

Los estudios han demostrado que aproximadamente un tercio de la precipitación sobre la tierra termina como escorrentía en arroyos y ríos que eventualmente conducen hacia el océano. La otra cantidad de precipitación se pierde por evaporación, transpiración e infiltración (inmersión en agua subterránea). Al estudiar estos patrones entre los fenómenos de escorrentía, los investigadores obtienen una mayor comprensión de cómo los humanos están afectando el medio ambiente y qué producen los fenómenos de la Tierra.

El impacto humano en la Tierra ha traído carreteras, edificios y otras estructuras artificiales que han reducido la capacidad de la escorrentía para infiltrarse en el suelo o alcanzar ríos y arroyos. Otras acciones de los humanos, como eliminar la vegetación y el suelo y crear superficies que el agua no pueda penetrar, aumentan la escorrentía. Han provocado que aumente el volumen y la frecuencia de las inundaciones de los arroyos. Concienciar al público y crear debates sobre cómo estos pueden dañar el planeta puede abordar estos problemas.

La urbanización en ciudades de todo el mundo ha afectado los patrones de escorrentía en las superficies. Comparar el comportamiento de la escorrentía y el flujo de agua en áreas naturales como las selvas tropicales con las creadas por el hombre, como carreteras y ciudades en general, puede darle una idea de lo fácil que es que el agua fluya naturalmente a sus arroyos y ríos en el primero mientras lucha por hacerlo en el último. Se producen inundaciones urbanas y los hidrogramas adoptan formas más irregulares al medir la cantidad de lluvia que cae para mostrar este peligro.

Hay muchas formas en que los seres humanos pueden abordar estos problemas ambientales. Las personas que trabajan en granjas y jardines pueden limitar la cantidad de fertilizante que usan y las áreas urbanas pueden usar menos superficies impenetrables como pasos básicos. La plantación también puede ayudar. Algunas plantas tienen formas naturales de prevenir la erosión, y esto puede limitar la cantidad de escorrentía dañina hacia los cursos de agua.

El estudio de cómo las partículas del suelo pueden ser recogidas por la escorrentía puede mostrarle cómo los procesos de escorrentía pueden afectar la contaminación del agua. La contaminación de fuentes difusas se refiere a la erosión del suelo causada por el hombre y las aplicaciones químicas de esos efectos.

Estos procesos hacen que los químicos en el suelo se adhieran al agua o se disuelvan en ellos de una manera que contamina el medio ambiente. El agua en sí puede esparcir basura, petróleo, productos químicos y fertilizantes que transportan nitrógeno y fósforo para reducir la calidad del agua.

Las características del suelo en sí pueden afectar el proceso por el cual ocurre la contaminación del agua como resultado de la escorrentía. Puede depender de la porosidad, la cantidad de espacio abierto entre los granos del suelo, del suelo que puede afectar negativamente el almacenamiento y el movimiento del agua.

También depende de la rugosidad de la superficie del suelo, que puede capturar los contaminantes con mayor facilidad. El estudio de la naturaleza química y física del agua en presencia de suelo puede dar a los investigadores mejores ideas sobre cómo abordar los problemas de la contaminación del agua en su relación con la escorrentía.