Flujo de agua en el suelo

Lección 7. Flujo de agua en el suelo. Ley de Darcy. Conductividad hidráulica. Relación entre conductividad hidráulica y tensión. Ecuaciones que rigen la infiltración vertical. Ecuación de Richards. Capacidad de infiltración y tasa de infiltración. Modelo de Horton. Infiltración profunda acumulada. Infiltración y recarga. Precipitación eficaz. El modelo de Holtan. Medida de la infiltración:balances, infiltrómetros. Redistribución del agua en el suelo. Recarga de agua subterránea.
FLUJO DE AGUA EN EL SUELO Y ZONA NO SATURADA

El suelo y la zona no saturada tienen una gran importancia en el ciclo del agua, así como en el transporte y las transformaciones de los compuestos químicos en el suelo. Sin embargo, existen otros tipos de medios porosos no saturados. Además, otras fases diferentespueden coexistir con el agua y el aire. La gestión de las proporciones volumétricas y másicas de las diferentes fases existentes en el suelo constituye la base para el estudio del comportamiento de la zona no saturada. Así pues, la succión y el potencial total del agua son los responsables principales de la retención y del movimiento del agua en el suelo. Para cada tipo de suelo y de problema aresolver, diferentes funciones paramétricas permiten estimar las propiedades hidrodinámicas de la zona no saturada. En condiciones de equilibrio, la ley de Darcy sirve también para definir el movimiento del agua. Sin embargo para la zona no saturada, no siempre es posible encontrar soluciones simples y precisas. En lo que respecta a los regímenes transitorios, la ecuación de Richards define elflujo del agua y los cambios de saturación en el suelo. Se puede decir que el tipo de condiciones estacionarias externas al sistema, así como la propiedades hidrodinámicas del suelo, determinan las posibles soluciones en la zona no saturada y saturada del suelo. En las condiciones reales del terreno, la lluvia, la evapotranspiración y el ascenso capilar desde la superficie freática, son los procesostransitorios externos que comunmente regulan el movimiento del agua y el grado de aereación de la zona no saturada. El flujo de agua en zona no saturada puede ser enfocado desde dos puntos de vista: o bien el flujo microscópico a través de poros individuales, o bien el flujo macroscópico a través de todo el conjunto poroso, que es la aproximación más común. En un medio casi saturado el efecto de lagravedad drena verticalmente formándose interfases agua-aire en forma de meniscos. El radio de curvatura de estos meniscos depende de la magnitud de la succión. Al ir progresando el drenaje la curvatura de los meniscos es más pronunciada y aumenta la succión. Los poros más grandes se vacían con valores bajos de la succión, mientras que los más estrechos se drenan con succiones más altas. Si serepresenta la evolución del grado de saturación (definido como la fracción de los poros que están llenos de agua) en función de la succión se obtienen las denominadas curvas de retención o curvas de succión-humedad, características de cada tipo de suelo. La succión es muy pequeña para contenidos de agua próximos a la saturación; al aumentar la succión se vacían rápidamente los poros mayores. Lasucción crece rápidamente al disminuir el contenido en agua. Para un mismo contenido en agua y en las mismas condiciones, la succión es mayor cuanto más pequeños son los poros, de modo que su valor puede dar una idea de la textura del terreno. Considerando el flujo macroscópico, en condiciones de equilibrio se cumple la ley de Darcy:

q = − K (θ )

donde: q es el flujo de Darcy o volumen de aguaque circula a través de una superficie unidad por 3 2 unidad de tiempo (cm /cm día) K(r) es la conductividad hidráulica (cm/día) H es el potencial (tensión, en cm) z es la distancia (cm) Para suelos saturados, la conductividad hidráulica se asume constante, pero decrece rápidamente cuando decrece la humedad. Esto es debido a que cuando el agua se drena, los poros se vacían y la sección de flujo...