Infiltracin y Escorrenta

James McPheeDepartamento de Ingeniera CivilFacultad de Ciencias Fsicas y MatemticasUniversidad de Chile

Precipitacin total

Abstraccin Inicial+ EvapotranspiracinInfiltracinPrecipitacin en ExcesoEscorrenta SuperficialEscorrenta SubsuperficialPercolacin Profunda

Percolacin ProfundaEscorrenta SubsuperficialEscorrenta SuperficialEscorrenta SubterrneaFlujo IntermedioRpidoFlujo IntermedioLentoFlujo baseEscorrenta DirectaEscorrentaTotal

InfiltracinDefinicin: el paso de agua, a travs de la superficie del suelo, hacia el perfil de sueloNecesaria para crecimiento vegetalContribuye a suministro de aguas subterrneasControl de escorrenta y erosinControl de transporte de sedimentos y contaminantes hacia cuerpos de agua superficial

InfiltracinProcesos complejos y difciles de cuantificarMtodos de estimacinEcuaciones tericas basadas en fsica de los procesosEcuaciones empricas con parmetros con significado fsicoEcuaciones empricas con parmetros sin significado fsicoMedicin in situ

Infiltracin: relaciones agua suelo

Infiltracin: relaciones agua suelo

Infiltracin: cantidades tilesVolumen total Volumen de porosPorosidadContenido de humedadGrado de saturacin

Infiltracin: cantidades tilesMasa total Contenido gravimtricode aguaDensidad aparenteDensidad aparente secaGravedad especfica

Retencin de agua en el suelo Combinacin de fuerzas gravitacionales y tensin superficialTensin superficial:Hmedo

< 25 mmMuy seco

> 25 x 106 mm

Retencin de agua en el sueloEn equilibrio,

Poros pequeos se llenan (mojan) antesPoros grandes se vacan (secan) antesWard & Trimble, Environmental Hydrology (2004)

Retencin de agua en el sueloDurante mojado, gravedad y tensin actan en el mismo sentidoDurante secado, gravedad extrae agua desde el poro, mientras que tensin intenta retener agua en steWard & Trimble, Environmental Hydrology (2004)

Retencin de agua en el sueloCapacidad de Campo (FC): grado de saturacin al cual no existe flujo gravitacionalPunto de marchitez: contenido de humedad al cual plantas comienzan a marchitarse y no recuperan turgidez si se moja el suelo

Retencin de agua en el sueloWard & Trimble, Environmental Hydrology (2004)

FactoresSuperficie sueloUso sueloCubierta vegetalRugosidadEncostramientoSelloInfluenciasProcesos mecanicosEscarchaMateria orgnicaCompactacinHumedad antecedenteActividad qumicaActividad biolgicaActividad microbianaCondiciones subsuperficialesSueloGrupo hidrolgicoTexturaPorosidadProfundidadEstructura de capasVariabilidad espacialEstructuraSistema de racesProf. Nivel freaticoDrenaje subsuperficialConductividad hidrulica

Estimacin de tasas de infiltracinEcuacin de Horton (1939)

Ecuacin simpleSe ajusta bien a datos empricosPocos parmetrosSin significado fsicoDatos de terreno requeridosSe aplica slo despus de encharcamientoTasa de infiltr. (L/T)

Supuestos Hortoncorresponde a la solucin de la ecuacin de Richards para la tasa de difusin de humedad (D(d/dz)) en la superficie del suelo, cuando se considera que K y D son constantes independientes de la humedad del suelo.

Metodo de Philiptransformacin de Boltzman B() =zt-1/2 Solucion de ecuacion de Richards suponiendo que K y D pueden variar con el contenido de humedad . infiltracin acumulada F(t):Sorptividad o Adsorcin dF/dt

Philip permeabilidadviscosidadPotencial capilar en el frente de humedadProfundidad de agua sobre el suelo qs=hLFrente hmedo qi

Mtodo de Green-Ampt (1911)

Basado en analoga fsica con solucin analtica exactaSupone precipitacin constanteSe basa en Ley de Darcy

Green-Ampt (cont.)La tasa de infiltracin,

Conductividad hidraulica zona transmisionProf. Frente de mojadoProf. Agua encharcadaSuccin efectiva en frente de mojado

Se define F como la infiltracin acumuladaDado que

Parmetros del modelo de Green-AmptConductividad hidrulica, KPorosidad, Potencial de succin en el frente de mojado, Porosidad efectiva,Saturacin efectiva,

Brooks-Corey (1964):

Ejemplo:Calcule la tasa de infiltracin f y la infiltracin acumulada F despus de 1 hr de precip. sobre un suelo limoso de marga que tena una saturacin efectiva inicial del 30%.

Tiempo de encharcamientoLos mtodos revisados hasta el momento suponen que sobre el suelo existe una lmina de agua que suministra de humedad al sueloDurante una tormenta, el agua se encharcar slo si la intensidad de lluvia, i, es mayor que la capacidad de infiltracinTiempo de encharcamiento (tp): lapso entre comienzo de la lluvia e inicio de apozamiento del agua sobre la superficie del suelo

Tiempo de encharcamientoPrincipios:Antes de tp toda la lluvia se infiltraInfiltracin potencial, f, es funcin de infiltracin acumulada, FEncharcamiento ocurre cuando cuando f < iA partir de Green-Ampt, en t=tp:

Supone intensidad i=constante

Despus del encharcamiento

Es decir, primero se infiltra Fp y luego se contina el anlisis como si se tratara de una lluvia de intensidad constante comenzada en tp

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