En el modelado hidrológico de cuencas con HEC-HMS (Hydrologic Modeling System), los métodos de pérdida permiten estimar la parte de la precipitación que no contribuye a la escorrentía superficial directa y es absorbida por el suelo.

Estos métodos permiten representar los procesos de infiltración en el suelo, retención en depresiones y abstracción inicial. En esta publicación abordaremos los métodos de pérdida o infiltración implementados en HEC-HMS, explicando detalladamente cada uno, sus parámetros característicos, aplicaciones, ventajas y limitaciones.

HEC-HMS ofrece diversos enfoques para calcular pérdidas por infiltración y almacenamiento inicial. Algunos métodos son adecuados principalmente para simulaciones de eventos de lluvia puntuales (tormentas individuales), ya que no representan la restitución de humedad del suelo entre tormentas ni la evapotranspiración continua. Otros métodos más complejos permiten simulaciones continuas, incorporando extracción de agua del suelo por evapotranspiración y percolación a capas profundas (requieren combinarse con métodos de canopy y, opcionalmente, de baseflow en HEC-HMS para contabilizar la evapotranspiración y el flujo de base).

Para comenzar, veremos una tabla comparativa de los principales métodos de cuantificación de las perdidas e infiltración en HEC-HMS:

Loss method	Complejidad	Aplicabilidad	Precisión Esperada
SCS Curve Number (CN)	Baja	Evento / Rural y urbano	Moderada, sensible a humedad
Inicial y Constante	Baja	Evento / General	Moderada, si se calibra
Exponencial (Horton)	Media	Evento / Ajustado	Alta si calibrado
Green-Ampt	Media	Evento / Rural	Alta con datos de suelo
Smith-Parlange	Alta	Evento / Avanzado	Alta, requiere muchos datos
Déficit y Constante	Media	Continuo / General	Moderada, buen balance hídrico
Green-Ampt Estratificado	Alta	Continuo / Estratificado	Alta, simula dinámica entre capas
Déficit Lineal y Constante	Media	Continuo / Semiurbano	Moderada-Alta, mejor escorr. inicial
Soil Moisture Accounting (SMA)	Muy Alta	Continuo / Detallado	Muy Alta, reproduce ciclo completo

La elección del método de pérdida en HEC-HMS debe basarse en la disponibilidad de datos, la escala temporal del análisis (evento puntual vs simulación continua), y el nivel de detalle deseado en la representación de los procesos del suelo.

A continuación se describen los métodos de pérdida más actuales en HEC-HMS, divididos en (a) métodos típicamente de evento y (b) métodos de simulación continua.

NOTA: La información presentada en esta entrada tiene como fuente principal lo publicado en la página oficial hec.usace.army.mil

A – Métodos de pérdida para simulaciones de evento (aisladas)

Estos métodos suponen que toda el agua infiltrada queda “almacenada” indefinidamente (no vuelve a aparecer como escorrentía base) y no se recupera la capacidad de infiltración del suelo entre eventos. Por tanto, son apropiados para simular el comportamiento de la cuenca ante tormentas individuales y deben reiniciarse las condiciones iniciales en cada evento.

1 – Método de Número de Curva del SCS (SCS Curve Number, CN)

Es un método empírico ampliamente usado para estimar el volumen de escorrentía directa a partir de la lluvia acumulada. Se basa en la ecuación desarrollada por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS) que relaciona la lluvia acumulada P, la abstracción inicial Ia y la capacidad potencial de retención S del suelo.

El CN (número de curva) es un parámetro adimensional (30–100) que refleja las características de uso de suelo, tipo de suelo y condiciones de humedad antecedente. Valores altos de CN indican suelos impermeables o urbanos (CN≈90–98), mientras que valores bajos indican suelos muy permeables o condiciones muy secas (CN≈30–60). HEC-HMS utiliza un CN compuesto para toda la subcuenca, calculado ponderando los CN de cada área homogénea por su superficie. Puedes ver los métodos para establecer el valor de CN en Coeficiente de Curva Número CN: Cálculo, Aplicaciones y Fuentes Globales de Datos

Parámetros: requiere ingresar un Número de Curva (CN) compuesto y el porcentaje de área impermeable conectada directamente en la subcuenca.

Opcionalmente, se puede especificar la abstracción inicial Ia (en mm o pulgadas); de no indicarse, el programa asume Ia = 0,2S automáticamente.

El área impermeable directamente conectada (%DCIA) representa la fracción de la cuenca cuyas superficies impermeables drenan directamente a cauces o alcantarillado, sin pasar por suelo permeable; para esa fracción no se aplican pérdidas (toda la lluvia es escorrentía). Cabe notar que si el CN compuesto usado ya incorpora cierta fracción impermeable (p.ej. valores urbanos de CN en tablas SCS), esa área no debe volver a contarse en %impermeable para evitar doble contabilización.

2 – Método Inicial y Constante (Initial and Constant Loss)

Este método conceptualiza la infiltración con dos parámetros básicos: una pérdida inicial fija Ia (que representa almacenamiento inicial en depresiones e intercepción vegetal) seguida de una tasa de infiltración constante fc durante el evento. En cada intervalo de tiempo t, la lluvia excesiva se calcula como la precipitación pt menos la capacidad de infiltración constante: p(e,t) = max(0, pt – fc), aplicando además que al inicio toda la lluvia se destina a colmar Ia hasta que ésta se agote. En resumen, no hay escorrentía hasta que la precipitación acumulada supere Ia; a partir de allí, en cada periodo la infiltración se limita a fc y el excedente va a escorrentía.

Parámetros: se definen un Ia – Initial Loss (pérdida inicial) en mm (o pulgadas), una tasa constante de infiltración fc – Constant rate en mm/h, y el % de área impermeable conectada directamente.

El valor de Ia representa el agua necesaria para saturar la capa superficial inicial; depende de la humedad antecedente, la depresión del terreno y cobertura vegetal. Si la cuenca está inicialmente seca, Ia será mayor; en suelos saturados, Ia puede ser cercano a 0. Típicamente Ia equivale a alrededor del 10–20% de la lluvia en áreas boscosas, o unos 2–5 mm en zonas urbanas.

El fc se interpreta usualmente como la capacidad de infiltración sostenida del suelo una vez saturado, a menudo aproximada por la conductividad hidráulica saturada del suelo (Ks) ajustada y calibrada. Por ejemplo, el SCS clasifica suelos en grupos A, B, C, D con rangos típicos de fc de 7,5–11 mm/h para arenosos (grupo A) hasta 0–1 mm/h para arcillosos (grupo D). Finalmente, el % impervious se maneja igual que en el método de SCS: la lluvia en esa fracción del área de la cuenca se considera escorrentía directa sin pérdidas. Este método es solo válido para simulación de evento, ya que no contempla recuperación de humedad ni flujo base (el agua infiltrada no se extrae posteriormente).

3- Método Exponencial (Horton modificado)

El método de pérdida exponencial modela la disminución de la tasa de infiltración durante una tormenta mediante una función empírica exponencial del volumen infiltrado acumulado. Es conceptualmente similar a la famosa curva de Horton (infiltración decreciente desde un valor inicial alto hacia un valor final bajo), aunque la implementación en HEC-HMS difiere en formulación.

Debido a su naturaleza altamente empírica, debe calibrarse con datos locales; de hecho, se recomienda usar Green-Ampt en su lugar si se disponen de parámetros físicos del suelo, ya que produce también una infiltración decreciente pero con parámetros de mejor interpretación física.

Parámetros: HEC-HMS requiere varios coeficientes que definen la curva de infiltración exponencial: la profundidad de ajuste inicial DLTKR (initial range) (mm) que representa la lámina infiltrada inicial durante la cual aumenta la tasa de infiltración, el coeficiente inicial STRKR (initial coef), el coeficiente de razón (ratio de decaimiento) y el exponente de precipitación ERAIN.

En conjunto, estos parámetros ajustan la fórmula de infiltración: a grandes rasgos, STRKR controla la tasa inicial, DLTKR controla cuánto se incrementa inicialmente la tasa al mojarse el suelo, el coeficiente ratio rige la rapidez del decaimiento exponencial con la infiltración acumulada, y ERAIN introduce la influencia de la intensidad de lluvia en la capacidad de infiltración. Este último (ERAIN, entre 0 y 1) permite reflejar que lluvias más intensas pueden reducir la infiltración media en la cuenca.

La determinación de estos parámetros no es directa (no hay una conversión física exacta entre unidades inglesas y SI para ellos) y normalmente proviene de ajustar la simulación a eventos observados. Además, se especifica el % de área impermeable conectada (que no sufre pérdidas) igual que en otros métodos. En síntesis, es un método flexible pero que depende fuertemente de calibración; sin datos medidos, su aplicación es incierta. Es preferible emplearlo solo si se cuenta con registros de lluvias y escorrentías para ajustar sus coeficientes.

4 – Método de Green & Ampt (Green-Ampt Loss)

Este método representa la infiltración de forma más físicamente fundamentada. Se basa en la solución de Green y Ampt (1911) que simplifica la ecuación de Richards para flujo no estacionario en suelos, asumiendo un frente de humectación definido (infiltración tipo pistón). A medida que la lluvia continúa, se forma un frente húmedo que avanza en el suelo; detrás de él el suelo está saturado y por delante permanece seco. La fórmula de Green-Ampt calcula la infiltración en un intervalo t como:

• F = K * t + (K * Ψ * Δθ) * ln(1 + (F / (Ψ * Δθ))) donde F es la altura infiltrada en el periodo t, K es la conductividad hidráulica saturada del suelo, θ es el déficit de humedad inicial (porosidad menos humedad inicial, fracción volumétrica), Ψ es la succión en el frente húmedo y Ft es la lámina acumulada infiltrada hasta el tiempo t. En esencia, a mayor infiltración acumulada Ft, menor será la tasa instantánea (el suelo “se va saturando”). Este modelo incluye también una abstracción inicial separada, representando la intercepción y pequeñas depresiones iniciales a llenar antes de la infiltración (adicional al propio tiempo de encharcamiento inherente al modelo).

El método Green-Ampt implementado en HEC-HMS no extrae el agua infiltrada posteriormente (no hay drenaje ni evapotranspiración dentro del mismo módulo), por lo que se usa para eventos aislados. Requiere típicamente pasos de tiempo cortos durante la tormenta, ya que resuelve iterativamente la ecuación para cada intervalo hasta satisfacer la infiltración acumulada.

Parámetros: se necesitan propiedades del suelo: la humedad inicial (o déficit de humedad) del suelo antes de la lluvia (fracción, adimensional), la succión del frente húmedo Sf (cm o mm, representa la tensión capilar promedio que impulsa el frente de humectación), la conductividad hidráulica saturada K (mm/h) del estrato superficial, y el % de área impermeable conectada.

La humedad inicial (o contenido volumétrico inicial θi) refleja cuán seco o húmedo está el suelo al comienzo; puede estimarse similar a Ia de otros métodos o a partir de la capacidad de campo y lluvia antecedente, pero idealmente se calibra. El Sf (succión en el frente húmedo) depende del tipo de suelo – valores típicos van desde unos pocos cm en arenas hasta decenas de cm en arcillas – e influye en la rapidez inicial de infiltración (mayor Sf implica mayor impulso capilar inicial). El K saturado fija la tasa mínima a la que infiltra el agua una vez el suelo está saturado completamente (controla la infiltración sostenida). Estos parámetros suelen obtenerse de datos de campo (textura del suelo, curvas de retención) o de tablas estándares, pero deben calibrarse a la cuenca real. Como en métodos anteriores, el área impermeable conectada se excluye de las pérdidas (precipitación sobre ella va directo a escorrentía).

Green-Ampt es más preciso físicamente que métodos empíricos; sin embargo, exige datos de suelo detallados o calibración y es sensible a la discretización temporal (podría requerir intervalos cortos en lluvias intensas para convergencia numérica).

5 – Método de Smith-Parlange

El método de Smith-Parlange (1978) es otra representación físicamente basada de la infiltración, muy relacionada con Green-Ampt. También parte de la ecuación de Richards, pero asume una distribución exponencial de la conductividad en el frente húmedo, lo que linealiza las ecuaciones y acelera los cálculos manteniendo buena aproximación del avance del frente. En términos prácticos, produce una curva de infiltración decreciente similar a Green-Ampt pero con un enfoque matemático distinto. Debe aplicarse solo en eventos individuales (no incluye evapotranspiración ni flujo base continuo). Es útil cuando se desean simulaciones de evento más rápidas que con Green-Ampt pero con cierta fidelidad física.

Parámetros: son más numerosos, pues describen la curva de retención del suelo. Se requieren: contenido de agua inicial (fracción volumétrica, igual que humedad inicial θi), contenido residual (fracción, humedad remanente tras drenaje completo, indica la porción no disponible para escurrir), contenido saturado (fracción, equivalente a la porosidad total del suelo), la presión de burbujeo (o presión de entrada de aire, similar al Sf; en mm), el índice de distribución de tamaño de poro (parámetro empírico de la curva de humedad), la conductividad saturada K (mm/h) y el % de área impermeable conectada.

Opcionalmente, puede incorporarse una serie temporal de temperatura para ajustar la viscosidad del agua y el potencial con la temperatura; si se hace, se provee además un parámetro beta cero para corregir el potencial por temperatura.

En esencia, Smith-Parlange utiliza parámetros típicos de la curva de retención de humedad. Estos se estiman según la textura del suelo o mediciones de laboratorio, pero en la práctica suelen calibrarse a partir de valores obtenidos de bibliografía.

Dada la cantidad de parámetros y su interdependencia, es un método avanzado; ofrece una representación más detallada de la infiltración que Green-Ampt, aunque la mejora en precisión depende de la calidad de los datos de entrada. Al igual que Green-Ampt estándar, no simula periodos secos ni extracción de humedad (se combina con canopy para ET si se quisiera, pero usualmente se restringe a tormentas).

B – Métodos de pérdida para simulaciones continuas

Estos métodos permiten modelar secuencias de tormentas y periodos secos, al actualizar el contenido de humedad del suelo en el tiempo. Deben usarse junto con un método de Canopy (intercepción y evapotranspiración) para retirar agua infiltrada entre lluvias, y opcionalmente un método de Baseflow para simular el flujo subterráneo que sale del almacenamiento del suelo. A diferencia de los métodos de evento, aquí la lluvia infiltrada puede volver a emerger como flujo base o recuperarse la capacidad de infiltración tras secarse el suelo. Son apropiados para simulaciones continuas multievento (p.ej. años completos, análisis de caudales de larga duración).

1- Método Déficit y Constante (Deficit and Constant Loss)

Este método extiende el concepto de “inicial y constante” a un modelo de balance hídrico simple de un suelo. Supone un solo estrato de suelo con una capacidad máxima de almacenamiento de humedad; define un déficit de humedad que puede ir reduciéndose con la infiltración y aumentándose por evapotranspiración.

Al inicio de una simulación continua, el suelo tiene un déficit inicial (mm de agua necesarios para saturarlo completamente). Durante una lluvia, mientras exista déficit (>0, suelo no saturado), toda la precipitación se infiltra (infiltración ilimitada) hasta saturar el perfil. Una vez saturado (déficit = 0, el suelo a capacidad de campo), la infiltración se limita a una tasa constante fc (como en “inicial y constante”), y el excedente se convierte en precipitación excesiva (escorrentía). Además, cuando el suelo está saturado, el agua infiltrada extra puede percolar hacia abajo a una tasa igual a fc, simulando percolación profunda (recarga) que se pierde del sistema o alimenta un caudal base si se configura así.

Entre eventos de lluvia, la evapotranspiración (calculada en el meteorológico/canopy) extrae agua del suelo, aumentando gradualmente el déficit de humedad de nuevo. Si no se selecciona un método de canopy, no habrá extracción de humedad y el suelo permanecerá saturado tras un evento, impidiendo infiltración en lluvias posteriores; por tanto, es necesario usar un método de canopy (ET) para simular correctamente la resequedad entre tormentas. Igualmente, para que el agua percolada no se “pierda” completamente, suele combinarse con un método de baseflow (por ejemplo, el método de reservorio lineal) que toma el agua percolada y la convierte en escorrentía base continua.

Parámetros: se deben especificar el déficit inicial (mm) al comienzo de la simulación, el déficit máximo del suelo (mm, equivalente a la capacidad total de agua aprovechable del perfil), la tasa constante fc de infiltración/percolación (mm/h), y el % de área impermeable conectada.

El déficit representa la falta de agua para saturar el suelo: si es cero, el suelo está saturado; si es igual al máximo, el suelo está totalmente seco hasta el punto de marchitez. Típicamente el déficit máximo se calcula como la profundidad del suelo activo por la diferencia entre capacidad de campo y punto de marchitez (agua disponible) del suelo. Por ejemplo, si el suelo útil son 100 mm de agua, ese sería el déficit máximo. El déficit inicial podría tomarse como una fracción del máximo según la humedad antecedente (p.ej. 50% del almacenamiento máximo lleno si ha llovido recientemente, etc.), aunque es preferible calibrarlo con caudales base observados. La tasa constante fc cumple doble función: cuando el suelo está saturado, es la máxima velocidad de infiltración y la máxima velocidad de percolación hacia capas inferiores. Equivale conceptualmente a la conductividad saturada efectiva del perfil. Finalmente, el % impermeable se maneja igual que en los métodos anteriores (sin pérdidas esa fracción).

Este método permite simulaciones continuas porque incorpora la extracción de agua infiltrada (con canopy) y la recuperación del déficit entre tormentas. No obstante, hace varias simplificaciones: por ejemplo, asume infiltración infinita en suelo seco (lo cual puede subestimar escorrentía inicial en lluvias intensas en suelos muy secos, ya que en la realidad incluso un suelo seco tiene una tasa finita de infiltración). Aun así, proporciona un balance hídrico sencillo útil para modelación continua cuando no se dispone de un modelo de suelo más detallado.

2- Método de Green & Ampt Estratificado (Layered Green-Ampt)

Este método incorpora mayor realismo al dividir el suelo en dos capas superpuestas, con propiedades distintas, para simular tanto eventos puntuales como la respuesta continua del suelo entre tormentas.

Es una extensión del Green-Ampt clásico que permite representar perfiles de suelo con un horizonte superficial más permeable sobre un estrato inferior menos permeable, o bien considerar por separado la zona superior que se seca más rápido vs. la zona profunda que retiene humedad.

Conceptualmente, la Capa 1 (superior) recibe la infiltración desde la superficie. Cuando la Capa 1 se satura, comienza a drenar (seepage) hacia la Capa 2 (inferior). La Capa 2 a su vez, al saturarse, percola el agua hacia abajo fuera del perfil (recarga a aguas profundas). Cada capa tiene su propia capacidad de almacenamiento (definida por espesores y contenidos de humedad saturación/campo/marchitez).

Durante la lluvia, se calcula la infiltración en capa 1 con la ecuación de Green-Ampt (similar a estándar) mientras no esté saturada. Si la lluvia aporta más agua que la infiltración instantánea, el excedente se almacena en una lámina superficial (si se usa un método de surface storage en combinación). Al saturarse la capa 1, la infiltración se limita por la tasa de drenaje de capa 1 a capa 2 (seepage máximo). El agua acumulado en capa 1 por encima de la capacidad de campo drena gradualmente hacia capa 2 incluso tras la lluvia. De forma análoga, capa 2 drena hacia abajo (percolación) cuando excede su capacidad de campo, a una tasa de percolación máxima predefinida. En general, capa 1 actúa como zona rápida que se llena y vacía más rápido, mientras capa 2 es un almacenamiento más lento.

Entre eventos, la evapotranspiración extrae agua primero de la capa 1 y luego de la 2, simulando que la zona superficial se seca más (las plantas primero consumen capa superior). El usuario puede especificar además un periodo seco (dry duration): si el tiempo entre tormentas excede cierta duración (ej. 12 horas), el modelo considera que inicia un evento nuevo con condiciones iniciales recomputadas (déficit recalculado); si las tormentas están muy seguidas (< dry duration), las considera una prolongación del mismo evento para continuidad del frente húmedo. Esto influye en cómo se reinicia la ecuación de Green-Ampt para la siguiente lluvia.

Parámetros: incluye todos los del Green-Ampt estándar para cada capa, más varios adicionales. En detalle, se requieren: espesor de la capa 1 y capa 2 (mm), contenido de saturación, campo y punto de marchitez de cada capa (fracción volumétrica), conductividad saturada (mm/h) o equivalente (Green-Ampt requiere K y succión Sf por capa; HEC-HMS deriva Sf internamente según humedad de campo y porosidad), la tasa máxima de drenaje (seepage) de capa 1 (mm/h) y la tasa máxima de percolación de capa 2 (mm/h), además de la duración seca (horas) para recalcular condiciones iniciales entre eventos. Asimismo, se indica el % de área impermeable como en otros métodos.

En términos físicos: los espesores definen la profundidad de suelo representada por cada capa (obtenibles de mapas de suelo o profundidad radicular), la capacidad de campo y punto de marchitez definen las reservas de agua que quedan en el suelo tras drenar (campo) y tras extraer toda el agua disponible (marchitez). La diferencia entre saturación y capacidad de campo determina el volumen que drena por gravedad después de la lluvia (debe percolar para que la capa se vacíe hasta campo), mientras que de capacidad de campo a marchitez solo sale por ET. Las tasas máximas de drenaje/percolación suelen disminuir con la profundidad (capa 2 más lenta que capa 1) reflejando menor conductividad en profundidad.

Un valor típico de “dry duration” es 12 horas, ajustable por calibración para reflejar cuándo considerar tormentas separadas.

Dado el mayor número de parámetros, la calibración es más compleja; no obstante, permite mejor representación de la respuesta del suelo tanto en eventos breves como en épocas húmedas/prolongadas. Se suele emplear en conjunto con un método de baseflow (p.ej. reservorio lineal) para dirigir la percolación de capa 2 hacia flujo base y/o recarga profunda.

3 – Método Déficit Lineal y Constante (Linear Deficit and Constant)

Este es uno de los métodos más recientes (incorporado alrededor de HEC-HMS 4.10) que busca combinar la simplicidad de “déficit y constante” con una representación más realista de la infiltración al inicio de las tormentas.

A diferencia del método déficit & constante tradicional (donde en suelo no saturado toda lluvia infiltra ilimitadamente), el método de déficit lineal impone una tasa inicial finita de infiltración que decrece linealmente con la infiltración acumulada, hasta alcanzar la tasa constante Keff (similar a fc) cuando el suelo se satura. En otras palabras, la capacidad de infiltración f(t) comienza en un valor inicial f0 cuando inicia la lluvia (suelo seco) y disminuye linealmente conforme aumenta el volumen infiltrado F, hasta reducirse a Keff al infiltrarse un volumen igual al déficit inicial Fc (que representa la capacidad de almacenamiento aprovechable del suelo).

En la práctica, este esquema evita suponer infiltración infinita en suelo seco: si la intensidad de lluvia excede f0, habrá escorrentía inmediata, algo que métodos previos no permitían. Por tanto, mejora la simulación de escorrentía inicial en eventos intensos con suelos secos o semi-impermeables (caso de tormentas urbanas de alta intensidad donde sí ocurre escorrentía prácticamente desde el inicio).

Este método también admite simulación continua, comportándose similar a déficit & constante con ET entre eventos y percolación cuando saturado. De hecho, para continuo se introduce igualmente un déficit máximo (capacidad total del estrato activo) y se requiere usar canopy para ET y, de ser necesario, baseflow para manejar percolación cuando el suelo satura. El método asume un solo estrato de suelo (llamado “capa activa”) al igual que déficit & constante, por lo que no debe aplicarse si hay capas freáticas superficiales o capas impermeables someras que impidan percolación – situaciones donde saturación completa detendría infiltración (lo cual el método no maneja).

Parámetros: se requieren básicamente los mismos que en déficit & constante, con un parámetro adicional. Específicamente: el déficit inicial Fc (mm), el déficit máximo (mm) para continuo, la tasa constante Keff (mm/h), el factor de decaimiento lineal m (en 1/mm o 1/in, pendiente con que disminuye f por unidad de infiltración acumulada) y el % de área impermeable. Nótese que f0 no se ingresa directamente, sino que se deriva de m, Keff y Fc según la ecuación lineal (esencialmente f0 = Keff + m,Fc).

El déficit inicial Fc cumple el mismo rol que Ia o déficit inicial en otros métodos: es la lámina necesaria para saturar el suelo; suele aproximarse a una fracción de la capacidad total (déficit máximo) dependiendo de la humedad antecedente. El déficit máximo se interpreta igual que en déficit & constante (almacenamiento total, = porosidad * espesor de capa activa). El Keff equivale a la conductividad saturada efectiva (igual al $f_c$ de métodos previos). El factor m$(1/hr en unidades inglesas, o 1/mm en SI) determina cuán rápido cae la infiltración hacia Keff; un m alto significa que con poca lluvia infiltrada ya se alcanza la tasa mínima (propio de suelos donde la infiltración cae abruptamente tras mojarse, como suelos poco porosos), mientras un $m$ bajo indica que la infiltración se mantiene alta por más tiempo conforme se infiltra más agua. Este parámetro típicamente se calibrará, aunque puede inferirse de ajustar la curva de infiltración observada de tormentas. Como siempre, el área impermeable conectada (%) se excluye de pérdidas. En resumen, el método lineal de déficit brinda mayor realismo para la fase inicial de la lluvia sin introducir demasiados parámetros adicionales. Es una buena opción para cuencas urbanas o mixtas, donde la hipótesis de una abstracción inicial abrupta puede fallar y es necesario simular producción de escorrentía casi instantánea bajo lluvias intensas. Al igual que déficit & constante, debe usarse con canopy (ET) para continuo y opcionalmente con baseflow si se desea convertir la percolación en flujo base.

3 – Método de Contabilidad de Humedad del Suelo (Soil Moisture Accounting, SMA)

El método SMA es el más complejo y completo disponible en HEC-HMS para pérdidas. Modela explícitamente la movilización y almacenamiento del agua en un perfil de suelo multilayer y hasta dos capas de agua subterránea.

Es esencialmente un modelo de balance hídrico conceptual similar al del modelo Sacramento (SAC-SMA) del Servicio Meteorológico (original de Leavesley et al., 1983). Representa la cuenca como una serie de compartimentos de almacenamiento conectados: intercepción en copas, almacenamiento en superficie, perfil de suelo (zona superior y zona de tensión), acuífero superior y acuífero inferior profundo. Cada compartimento tiene una capacidad máxima y reglas de entrada/salida (infiltración, percolación, evapotranspiración, flujo subterráneo lateral).

Durante la lluvia, primero se llena la intercepción de dosel (canopy); al saturarse, el exceso va a la depresión superficial hasta llenarla; de allí, el exceso se infiltra en la zona de suelo hasta su capacidad. El suelo se divide en zona superior (rápida, drena tanto a ET como a percolación) y zona de tensión (agua fuertemente retenida, solo sale por ET lenta). Cuando la capacidad de campo del suelo se excede, el agua percola al acuífero 1 (superficial). Ese acuífero puede a su vez saturarse y derramar al acuífero 2 (profundo) o descargar lateralmente como baseflow del primer acuífero. El acuífero 2 únicamente pierde agua por percolación profunda (considerada pérdida total, recarga de agua subterránea no modelada) o como un segundo flujo base si se habilita un drenaje del acuífero 2.

La evapotranspiración actúa removiendo agua secuencialmente: primero del canopy, luego de superficie, luego de suelo (prioritariamente de la zona superior utilizable y al final de la zona de tensión). HEC-HMS permite limitar la ET de la zona de tensión durante meses invernales para reflejar dormancia vegetal. En definitiva, el método SMA cierra el balance: toda lluvia se reparte en: evaporada, almacenada en suelo, percolada a aguas profundas o convertida en escorrentía directa (si excede infiltración) o baseflow (si sale de acuíferos).

Parámetros: por su naturaleza, este método requiere bastantes parámetros. En HEC-HMS se configuran valores de almacenamiento y tasas para cada capa. En resumen se necesitan: porcentaje de llenado inicial de cada capa (suelo, acuífero 1, acuífero 2), la infiltración máxima desde superficie a suelo (mm/h), el % de área impermeable conectada, la capacidad máxima de almacenamiento en el suelo (mm), la capacidad de tensión dentro del suelo (mm que no drenan por gravedad), la tasa máxima de percolación del suelo a acuífero 1 (mm/h), la capacidad máxima del acuífero 1 (mm), la tasa máxima de percolación de acuífero 1 a acuífero 2 (mm/h), el coeficiente del acuífero 1 (hrs, controla la descarga lineal baseflow del acuífero 1), la capacidad máxima del acuífero 2 (mm), la tasa máxima de percolación de acuífero 2 a profundidad (mm/h) y el coeficiente del acuífero 2 (hrs, para flujo base del acuífero 2). En total son alrededor de 12 parámetros clave.

Su interpretación: la saturación inicial (%) de cada capa se calibra con condiciones iniciales (p.ej. humedades del suelo medidas, caudal base observado. La infiltración máxima actúa similar a un fc límite para la entrada al suelo; si hay más agua en superficie que ese ritmo, se genera escorrentía directa (exceso sobre capacidad de infiltración). La capacidad de suelo (MaxSoilStorage) es como el déficit máximo de métodos anteriores; la tensión (Tension storage) es la fracción de esa capacidad que no percola, solo sale por ET. El suelo percola agua al acuífero 1 cuando supera la tensión (es decir, cuando el suelo está húmedo por encima de capacidad de campo). La percolación máxima del suelo y de los acuíferos 1 y 2 son tasas límites (similar a conductividades verticales) que en la simulación se modulan según cuán lleno esté el origen y cuán lleno el destino: HEC-HMS aplica una relación lineal entre la tasa real y los contenidos actuales. Los coeficientes de acuífero (1 y 2) representan el tiempo de retardo de un modelo de reservorio lineal que genera el flujo base lateral desde cada acuífero. A menor coeficiente (horas), más “rápido” responde el acuífero (flujo base más ágil, típico de acuífero somero), mientras que un coeficiente alto produce un baseflow muy atenuado (acuífero profundo). Estos coeficientes se calibran contra recesiones de caudal base observadas. Dada la gran cantidad de parámetros, usualmente se recurrirá a la calibración por ensayo (y ayudas como la experiencia: p.ej. almacenamiento de suelo típico = 150 mm, tensión = 50 mm, etc., dependiendo de suelos; coeficiente baseflow de acuífero 1 quizás ~100–500 hrs, etc.). El método SMA es potente para estudios de balance hídrico continuo, predicción de sequías/humedades y caudales base, pero complejo de ajustar. Si el interés es solo el pico de una tormenta de diseño, este nivel de detalle podría no justificarse.

Consideraciones finales

En la versión actual de HEC-HMS, el modelador dispone de una paleta muy amplia de métodos para representar la infiltración. La selección adecuada debe basarse en la disponibilidad de datos (p.ej. mapas de suelo vs. solo estimaciones globales), el propósito del modelo (simulación de evento de diseño vs. pronóstico hidrológico continuo), el tamaño y características de la cuenca (homogeneidad, urbanización, presencia de almacenamiento significativo), y los recursos computacionales disponibles. Por ejemplo, para un estudio de alcantarillado pluvial urbano de una cuenca pequeña, podría optarse por un método de pérdida inicial y constante o déficit lineal (para capturar escorrentía inicial); mientras que para estimar un hidrograma de proyecto en una cuenca rural grande sin datos detallados, quizás un CN SCS calibrado en volumen sea apropiado. Siempre es aconsejable realizar calibración con eventos históricos cuando sea posible, independientemente del método escogido.

En resumen, HEC-HMS proporciona métodos de pérdidas que van desde el SCS CN empírico hasta el detallado SMA multicapas. Esta versatilidad permite adaptar el modelo a las necesidades específicas de cada proyecto hidrológico, logrando un balance entre simplicidad y realismo físico. Con una adecuada comprensión de cada método y sus parámetros, el modelador puede maximizar la fidelidad de las simulaciones de escorrentía y, por ende, la confiabilidad en el diseño y la toma de decisiones en ingeniería hidráulica e hidrológica.