¿Qué es el Número de Curva (CN)?

El Número de Curva (Curve Number, CN) es un parámetro hidrológico empírico desarrollado originalmente por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS) de EE.UU (hoy NRCS) para estimar la escorrentía directa producida por lluvias en una cuenca. Representa de forma integrada las propiedades de la cuenca que influyen en la generación de escorrentía: principalmente el tipo hidrológico de suelo, el uso y cobertura de la tierra (y manejo), y la condición antecedente de humedad del terreno. El valor de CN es adimensional y oscila entre 0 y 100, donde valores cercanos a 0 indican condiciones de muy alta infiltración (suelo permeable, mínima escorrentía) y valores próximos a 100 indican condiciones casi impermeables (muy baja infiltración, alta escorrentía). En otras palabras, una cuenca con CN bajo tiende a absorber la mayor parte de la lluvia, mientras que una cuenca con CN alto genera proporciones mayores de escorrentía superficial.

Desde su introducción a mediados del siglo XX, el método del CN se ha difundido ampliamente debido a su simplicidad y requerimientos de datos modestos, siendo incorporado en numerosos modelos hidrológicos, de erosión y de calidad de agua. Aunque es un método simple, está fundamentado en principios físicos básicos de infiltración-saturación y ha demostrado producir estimaciones razonables de escorrentía en ausencia de modelos más complejos. No obstante, es importante recordar que el método CN se derivó de observaciones en cuencas experimentales (principalmente pequeñas cuencas agrícolas en EE.UU.) bajo eventos de lluvia de 24 horas, por lo que tiene limitaciones fuera de esas condiciones. Por ejemplo, en cuencas forestales muy húmedas o con suelos profundos, el método puede sobrestimar la escorrentía si no se ajusta, y se debe proceder con cautela y, de ser posible, calibrar el CN con datos locales de lluvia-escorrentía.

Método de Cálculo del CN (Metodología SCS)

El cálculo de la escorrentía mediante el método SCS-CN parte de relacionar la precipitación total (P) de un evento con la lámina de escorrentía directa (Q) generada, a través del número de curva (CN) como parámetro de control. La fórmula fundamental que vincula estos términos (para P > Ia) es:

donde Ia es la abstracción inicial (es decir, la precipitación acumulada inicial que se infiltra, intercepta o almacena antes de iniciar la escorrentía) y S es la capacidad máxima de retención de la cuenca (ambos en mm). Por convenio del SCS, normalmente se toma Ia = 0.2,S (es decir, un 20% de la capacidad de retención). Si la lluvia P no supera esta abstracción inicial, entonces Q = 0 (no hay escorrentía inicial). Una vez superado Ia, la ecuación anterior calcula la precipitación excedente Q que escurrirá superficialmente.

El parámetro S se relaciona directamente con el Número de Curva mediante la expresión:

asumiendo unidades en milímetros. A partir de esta relación, valores altos de CN implican valores bajos de S (poca capacidad de retención antes de generar escorrentía), mientras que CN bajos corresponden a una S grande (mayor capacidad de infiltración/almacenamiento antes del escurrimiento).

Factores que determinan el CN: Para asignar un CN a una zona o cuenca, se consideran principalmente dos factores físicos: (1) El tipo hidrológico de suelo y (2) el uso o cobertura del suelo (incluyendo prácticas de manejo). El SCS definió cuatro Grupos Hidrológicos de Suelo (HSG) etiquetados A, B, C, D que caracterizan la infiltrabilidad del suelo. El grupo A corresponde a suelos arenosos o muy permeables (bajo potencial de escorrentía), mientras que D corresponde a suelos arcillosos muy poco permeables o con capa freática somera (alto potencial de escorrentía); los grupos B y C son intermedios (infiltración moderada a moderadamente baja, respectivamente). Por su parte, el uso del suelo y la cobertura vegetal influye en la cantidad de lluvia que puede infiltrarse: por ejemplo, bosques densos o pastizales en buen estado favorecen la infiltración (CN más bajo), mientras que zonas urbanizadas o cultivos con labranza reducida tienden a mayor escorrentía (CN más alto). El SCS compiló tablas estándar que asignan valores de CN para combinaciones de tipo de cobertura/manejo y grupo de suelo, bajo una condición promedio de humedad antecedente (condición II). Abajo se muestra un fragmento de dichas tablas a modo de referencia:

• Ejemplo de valores de CN: Para cultivos en hileras (filares) con labranza en contorno recto y en buenas condiciones de manejo, los CN recomendados son 67, 78, 85 y 89 para suelos de tipo A, B, C y D respectivamente. Es decir, en un suelo franco arenoso (grupo B) cultivado adecuadamente, el CN≈78, mientras que en un suelo arcilloso (grupo D) bajo el mismo uso agrícola, el CN subiría a ~89 debido a su menor infiltrabilidad. Valores extremos incluyen, por ejemplo, superficies impermeables (pavimento, techos) con CN ~98, o por el contrario, áreas boscosas en suelo arenoso con CN que pueden ser menor de 40 en condición óptima (muy alta infiltración).

Cálculo paso a paso del CN en una cuenca

En la práctica, la determinación del CN de una cuenca o área dada se realiza típicamente mediante los siguientes pasos:

1. Clasificar los suelos por grupo hidrológico (A, B, C o D): Se parte de un mapa edafológico o datos de textura de suelos. Según la textura dominante, profundidad efectiva y condiciones de drenaje de cada unidad de suelo, se le asigna uno de los cuatro grupos hidrológicos estándar. Por ejemplo, suelos arenosos profundos se clasifican como A, suelos francos como B, suelos arcillosos como C, y suelos muy arcillosos o con mal drenaje como D (si existe un nivel freático somero, el suelo se trata como dual, e.g. A/D, pero conservadoramente suele tomarse D si no hay drenaje).
2. Clasificar el uso/cobertura del terreno: A partir de mapas de uso del suelo o coberturas land cover, se identifica la clase de cobertura (p. ej., bosque caducifolio, pastizal, cultivo de maíz, zona urbanizada residencial, etc.) y se evalúa su condición hidrológica (por ejemplo, pasto en condición buena vs. pobre, bosques con sotobosque denso vs. ralo, etc.). Esto define la “curva tipo” de escorrentía para esa cobertura.
3. Asignar valores de CN de tabla: Con la combinación de cobertura + grupo de suelo para cada unidad de la cuenca, se consultan las tablas del SCS (publicadas en el NEH-4, TR-55, etc.) para obtener el número de curva correspondiente. Si la cuenca tiene múltiples combinaciones, se puede generar un mapa de CN espacialmente distribuido. Para un valor representativo único de CN de la cuenca, a veces se calcula un promedio ponderado por áreas. Alternativamente, en herramientas SIG se cruza la capa de grupos de suelo con la de usos del suelo para asignar el CN a cada píxel o polígono.
4. Cálculo de escorrentía para un evento de lluvia: Conocido el CN (o mapa de CN), se calcula el valor de S con la fórmula mencionada. Luego, dado un evento de precipitación P (por ejemplo, una lluvia de diseño de 100 mm en 24 horas), se computa la escorrentía Q aplicando la fórmula SCS. Si se tiene un mapa ráster de CN, esto puede hacerse píxel a píxel para obtener un mapa de lámina de escorrentía.

Es importante destacar que los valores tabulados de CN presuponen una condición de humedad antecedente media (condición II). El método permite ajustar el CN si las condiciones iniciales del suelo están más secas o más húmedas de lo normal. Estas se conocen como condición I (seca) y condición III (húmeda), respectivamente. Existen relaciones empíricas para convertir un CNII (condición normal) a CNI o CNIII. En términos cualitativos, bajo suelos más secos de lo habitual el CN efectivo disminuye (mayor infiltración disponible), mientras que si el suelo está saturado o muy húmedo previamente, el CN aumenta hacia la condición III (mayor escorrentía). Este ajuste es útil al modelar eventos consecutivos o condiciones estacionales (p. ej., suelo húmedo tras lluvias previas).

Fuentes de Datos Globales para Determinar el CN

Una ventaja del método de Número de Curva es que sus datos de entrada (uso del suelo y grupo de suelo) pueden obtenerse de fuentes cartográficas disponibles globalmente de libre acceso. A continuación se mencionan algunos recursos globales útiles:

• Cobertura y uso del suelo (Land Cover): Existen mapas globales de cobertura terrestre de alta resolución accesibles gratuitamente. Por ejemplo, el programa Copernicus de la ESA ha generado WorldCover 2020 y 2021, mapas globales de uso de suelo a resolución de 10 m basados en Sentinel-1/2. También la iniciativa ESA CCI-Land Cover ofrece mapas anuales globales (~300 m) para años 1992–2015, útiles para estudios históricos. Otra fuente es Globeland30, un mapa global a 30 m (años 2010 y 2020) producido por instituciones chinas, y los mapas MODIS Land Cover (MCD12Q1) a ~500 m disponibles para múltiples años. Estos datasets permiten extraer clases de uso (bosque, cultivo, urbano, etc.) coherentes en todo el mundo, que luego pueden asignarse a valores de CN mediante las tablas SCS.
• Mapas globales de suelos (Grupos Hidrológicos): Para obtener el grupo hidrológico de suelo en cualquier lugar del mundo, se pueden usar bases de datos globales de propiedades edáficas. Un recurso destacado es SoilGrids (250m) del ISRIC, que proporciona mapas globales de propiedades del suelo (textura, contenido de arcilla, arena, etc.) mediante aprendizaje automático. A partir de esas propiedades se puede inferir el grupo A, B, C o D (por ejemplo, usando la clasificación del USDA por textura y conductividad). Sin embargo, aún más directo es el dataset HYSOGs250m (Hydrologic Soil Groups a 250 m), publicado por Ross et al. (2018), que ya clasificó los suelos del mundo en grupos A, B, C, D combinando SoilGrids con información de profundidad de roca y nivel freático. HYSOGs250m está disponible abiertamente (vía ORNL DAAC, NASA) y provee un mapa tipo raster global donde cada píxel tiene asignado el grupo hidrológico dominante. Esto llena un vacío importante, ya que antes la información de grupos de suelo estaba fragmentada por países.
• Mapas globales pre-calculados de CN: Investigadores recientes han combinado las fuentes anteriores para generar mapas mundiales de Número de Curva listos para usar. Notablemente, Jaafar et al. (2019) desarrollaron GCN250, el primer dataset global de CN a 250 m de resolución, calculado integrando el mapa de suelos HYSOGs250m con el mapa de cobertura ESA CCI 2015 y las tablas SCS. GCN250 proporciona tres capas globales de CN correspondientes a condiciones antecedente seca (ARC I), media (II) y húmeda (III), permitiendo analizar el potencial de escorrentía a múltiples escalas. Este producto (publicado en Scientific Data, CC BY) está disponible en repositorios abiertos. En la figura anterior se ilustraron justamente estos mapas globales de CN bajo las tres condiciones de humedad antecedente, destacando diferencias regionales. Tener un mapa de CN global facilita estudios de modelación de escorrentía o estimaciones de riesgo de inundación a escala continental o mundial.

En resumen, hoy en día un profesional puede obtener de la web capas globales de uso del suelo y de grupos de suelo para su área de interés y, mediante un SIG, derivar el mapa de Número de Curva correspondiente. Fuentes como las mencionadas (WorldCover, SoilGrids/HYSOGs, GCN250) hacen posible realizar estimaciones de escorrentía con el método SCS-CN en prácticamente cualquier región del planeta, incluso aquellas donde no se dispone de estudios hidrológicos locales detallados, todo ello apoyado en datos abiertos de alcance global.

Conclusiones

El coeficiente Número de Curva (CN) es un concepto central en hidrología de escorrentía, que condensa en un solo número la influencia combinada del suelo y el uso de la tierra sobre la generación de escorrentía. Su método de cálculo, proveniente del SCS, ofrece una forma simple pero efectiva de estimar la lluvia que se convierte en escorrentía directa, ampliamente utilizada en el dimensionamiento de obras hidráulicas y la modelación hidrológica. Para profesionales y estudiantes, comprender el significado de CN (0 – 100) y los factores que lo afectan (suelo, cobertura, humedad previa) es fundamental para aplicaciones en ingeniería hidráulica e hidrología.

Gracias a la disponibilidad de datos geoespaciales globales abiertos, hoy es posible determinar el CN de prácticamente cualquier región apoyándose en SIG: existen mapas mundiales de suelos (grupos hidrológicos) y de uso de suelo, e incluso mapas globales de CN ya elaborados, lo que facilita los estudios a gran escala y en cuencas sin datos locales. Sin embargo, es importante recalcar las limitaciones: el método asume ciertas condiciones (eventos de 24 h, cuencas pequeñas, etc.), y los CN tabulados pueden requerir ajuste o calibración local si se aplican en climas, suelos o coberturas muy diferentes a las de su desarrollo original.

En definitiva, el Número de Curva CN sigue siendo una herramienta valiosa por su facilidad de uso y base física razonable para estimar escorrentía. Empleándolo con criterio –y complementándolo con datos locales cuando sea posible– permite a ingenieros hidrólogos evaluar rápidamente el comportamiento de cuencas ante la lluvia, guiar diseños hidrológicos seguros y gestionar recursos hídricos con una base cuantitativa sólida. Las nuevas bases de datos globales y tecnologías GIS potencian aún más su aplicabilidad, asegurando que el método del CN continúe vigente y útil tanto en entornos académicos como profesionales.