Hidrologia infiltracion

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Infiltracion en el Ciclo Hidrologico

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<ul><li> 1. El agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior. De esta ltima fraccin se dice que se ha filtrado. El inters econmico del fenmeno, es evidente si se considera que la mayor parte de los vegetales utilizan para su desarrollo agua infiltrada y que el agua subterrnea de una regin tiene como presupuesto previo para su existencia, que se haya producido infiltracin. INFILTRACIN es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a travs de la superficie de la tierra, y queda retenida por ella o alcanza un nivel acufero incrementando el volumen acumulado anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la accin conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas denominaciones: percolacin, infiltracin eficaz, infiltracin profunda, etc. </li></ul> <p> 2. El proceso de infiltracin puede continuar slo si hay espacio disponible para el agua adicional en la superficie del suelo. El volumen disponible para el agua adicional depende de la porosidad del suelo y de la tasa a la cual el agua antes infiltrada puede alejarse de la superficie a travs del suelo. La tasa mxima a la que el agua puede entrar en un suelo se conoce como capacidad de infiltracin. Si la llegada del agua a la superficie del suelo es menor que la capacidad de infiltracin, toda el agua se infiltrar. En la infiltracin ocurren tres subprocesos: la entrada de agua al suelo, la retencin de agua y el movimiento del agua a travs del suelo. Se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, milmetro por hora o cm/h, centmetro por hora. 3. EN LA INFILTRACIN OCURREN TRES SUBPROCESOS: La entrada de agua al suelo, La retencin de agua, y el movimiento del agua a travs del suelo. (Se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, milmetro por hora o cm/h, centmetro por hora). 4. El Infiltrmetro es un dispositivo que permite medir la capacidad de infiltracin de los suelos. Existen diversos tipos de Infiltrmetro, entre los que se pueden mencionar: Infiltrmetro de cilindro o de inundacin, estos a su vez pueden ser de cilindro simple o de doble cilindro. Infiltrmetro de disco. Tambin se puede determinar la capacidad de infiltracin con un simulador de lluvia. Este procedimiento consiste en aplicar sobre el suelo una cantidad conocida de agua. La tasa de infiltracin se obtiene restando a la cantidad de agua aplicada el volumen de agua que escurre superficialmente. 5. Hietograma: es un diagrama de barras que representa las variaciones de la altura de precipitacin (p.e. en mm) o de su intensidad (mm/h) en intervalos de tiempo previamente seleccionados. Permite conocer la precipitacin de un lugar a travs del tiempo de la tormenta. 6. Fijada la duracin de la tormenta, obtener los Hietograma es fcil: Por cierto, su frmula es la siguiente (L = longitud de cauce en km, J = desnivel del cauce en m/m): Una vez determinada la duracin de la tormenta (cmo el tiempo de concentracin de la cuenca), obtener hietogramas a partir de curvas IDF es cosa fcil, slo hay que seguir estos pasos: Divide el tiempo de duracin en intervalos de tiempo t Selecciona el periodo de retorno del cual obtener el hietograma Obtn de su curva IDF los valores de intensidad de precipitacin para cada intervalo t, 2t, 3t, hasta la duracin total de la precipitacin Calcular la profundidad o volumen de precipitacin cada en cada intervalo, multiplicando la intensidad por la duracin del intervalo (en horas) Resta los valores sucesivos de profundidad de precipitacin (en mm) calculados antes Reordena los resultados de manera que el mayor valor est en medio de la serie, y se vayan alternando en orden descendente alternativamente a lado y lado de ese mximo 7. Si todo ha ido bien debers tener una tabla de resultados cuya representacin en grfico de barras es el siguiente: 8. Hidrograma: es un grfico que muestra la variacin en el tiempo de alguna informacin hidrolgica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. para un ro, arroyo, rambla o canal, si bien tpicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el grfico de la descarga (L3/T) de un flujo en funcin del tiempo. stos pueden ser hidrograma de tormenta e hidrograma anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes. 9. Determinacin del hidrograma de descarga de una cuenca. En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado. Sin embargo es ms frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal mximo instantneo de una determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variacin en el tiempo del caudal en una determinada seccin en la cual se pretende construir una obra hidrulica o proteger un bien existente. 10. Los mtodos que se utilizan para estos clculos son: El racional; Hidrograma unitario; Modelos matemticos de cuencas hidrogrficas. 11. El ndice de infiltracin o capacidad media de infiltracin es utilizado para calcular el escurrimiento en grandes reas, donde sera difcil aplicar la curva de capacidad de infiltracin. Este es equivalente a la velocidad media de infiltracin. 12. Obtencin de la Curva de Capacidad de Infiltracin Media Si se tiene una serie de tormentas sucesivas en una cuenca pequea y se dispone del hietograma e hidrograma correspondientes, es posible obtener la curva de la capacidad de infiltracin aplicando el criterio de Horner y Lloys. Del hietograma para cada tormenta, se obtiene la altura de lluvia hp y segn el hidrograma, la lluvia en exceso, he, a que dio lugar. A continuacin se calcula el volumen de infiltracin F, expresado en lmina de agua, que es: En la ecuacin anterior hf debe dividirse entre el tiempo promedio en que ocurre la infiltracin en toda la cuenca. En este criterio se acepta que la infiltracin media se inicia cuando empieza la lluvia en exceso y contina durante un lapso despus de que sta termina. En este momento, si la tormenta cubre toda el rea, la infiltracin contina en forma de capacidad e ir disminuyendo conforme el rea de deteccin del escurrimiento disminuye. Horton considera que el periodo equivalente durante el cual el mismo volumen de infiltracin pasa, desde que la lluvia en exceso finaliza hasta que cesa el flujo sobre tierra, se puede detectar al analizar el hidrograma correspondiente. Segn lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltracin se expresa como: 13. Donde: t = duracin de la infiltracin (h) de = duracin de la lluvia en exceso (h) t = periodo desde que termina la lluvia en exceso hasta que seca el flujo sobre tierra (h) Por lo tanto, la capacidad de infiltracin media ser: f = hf / t 14. ndice de infiltracin media El ndice de infiltracin media est basado en la hiptesis de que para una tormenta con determinadas condiciones inciales la cantidad de recarga en la cuenca permanece constante a travs de toda la duracin de la tormenta. As, si se conoce el hietograma y el hidrograma de la tormenta, el ndice de la infiltracin media, , es la intensidad de lluvia sobre la cual, el volumen de lluvia es igual al del escurrimiento directo observado o lluvia en exceso. 15. Para obtener el ndice se procede por tanteos suponiendo valores de l y deduciendo la lluvia en exceso del hietograma de la tormenta. Cuando esta lluvia en exceso sea igual a la registrada por el hidrograma, se conocer el valor de . Segn la Figura 2, el valor correcto de se tendr cuando: Donde: = lluvia en exceso en el intervalo de tiempo deducido del hietograma de la tormenta he = lluvia en exceso deducida del volumen de escurrimiento directo (Ved) entre el rea de la cuenca (A). Debe sealarse que como la lluvia vara con respecto al tiempo y el ndice es constante, cuando la variacin de la lluvia en un cierto intervalo de tiempo sea menor que , se acepta que todo lo llovido se infiltr. El problema se presenta cuando se desea evaluar el volumen de infiltracin, ya que si se evala a partir del ndice se obtendr por este hecho un volumen mayor que el real. Para calcular el volumen de infiltracin real, se aplica la siguiente ecuacin: 16. Capacidad de infiltracin en cuencas grandes Para cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en toda el rea, Horton propone un criterio para calcular la capacidad de infiltracin media, fa, que se tiene para una tormenta cualquiera. Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su distribucin satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de un pluvigrafo. Esto implica estimar que la distribucin de lluvia registrada en el pluvigrafo sea representativa de la distribucin en toda la cuenca. Por otra parte, considera que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la precipitacin y la infiltracin que ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltracin antes y despus de la lluvia en exceso. Entonces, el valor de fa que se encuentra es tal que multiplicado por la duracin de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total para el mismo periodo, proporciona el escurrimiento superficial total. 17. La estacin pluviogrfica recibe el nombre de estacin base y las pluviomtricas se llaman subestaciones. Con el fin de tener un criterio de clculo general para la cuenca en estudio, conviene transformar a porcentajes la curva masa de la estacin base. Una vez hecho estos clculos, se suponen alturas de lluvia y a partir de la curva masa en porcentaje, se obtiene la variacin respecto al tiempo. A continuacin se proponen capacidades de infiltracin media y se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso. Lo anterior permite obtener grficas de alturas de lluvias totales contra alturas de lluvia en exceso para diferentes capacidades de infiltracin media. As, conocida la altura de precipitacin media en la cuenca para la tormenta en estudio, y su correspondiente altura de lluvia en exceso a partir del hidrograma del escurrimiento directo es posible obtener su capacidad de infiltracin media. 18. Este criterio es similar al del ndice de infiltracin media, slo que ahora los tanteos se llevan a grficas que en el caso de tener una tormenta con una duracin grande es muy conveniente, ya que disminuye el tiempo de clculo. Por otra parte, permite disponer de una grfica que relaciona para cualquier tormenta su lluvia en exceso, su lluvia total y su correspondiente capacidad de infiltracin media. 19. El modelo de Horton permite simular la curva de capacidad de infiltracin del suelo. Es un modelo de tipo emprica, que se basa en conceptos simplificados que permiten expresar la capacidad de infiltracin como una funcin del tiempo , constantes empricas y parmetros del suelo. La expresin de horton en los parmetros es la siguiente: -k.t f=fc+(fo- fc).e 20. Donde: f: es la capacidad de infiltracin en el tiempo fo: es la capacidad de infiltracin en el tiempo igual a cero fc: es la capacidad de infiltracin constante k: parmetro del suelo que controla el de crecimiento la capacidad de infiltracin Los parmetros fo y k, dependen del contenido de agua inicial del suelo, as como tambin de la taza de aplicacin. Los parmetros de la ecuacin se evalan usualmente desde datos de infiltracin experimentales.(Haat et al., 1982) </p>