Clase 1.5 Pág. 1 de 5 1.5. INFILTRACIÓN Y ESCORRENTÍA 1.5.1. Introducción El agua que penetra a través de la superficie del terreno se dice que se ha infiltrado. De esta agua infiltrada, una parte es retenida por el suelo, hasta alcanzar el valor máximo que puede retener el suelo, es decir, la capacidad de campo, y una vez superada esta retención máxima, el resto del agua desciende por gravedad hasta el nivel freático, es decir hasta la zona saturada. Esta parte del agua infiltrada en el terreno que llega a las aguas subterráneas, la zona saturada se denomina infiltración eficaz o recarga. 1.5.2. Medida de la infiltración La infiltración es uno de los términos dentro del balance hidrológico que implican mayor incertidumbre o error. Los factores que influyen en la capacidad e intensidad de infiltración son locales, de manera que con los métodos de medida se obtiene un valor de representatividad puntual o muy local. - Lisímetros. - Ensayos en parcelas experimentales. - Infiltrómetros (medición in situ): proporcionan medidas muy locales de la capacidad de infiltración y varían mucho de un suelo a otro, en función de sus características físicas, índice de humedad inicial, intensidad de precipitación, dimensión de las gotas de lluvia, vegetación entre otros. 1.5.3. Capacidad de infiltración Es la máxima cantidad de agua que un suelo puede absorber por unidad de tiempo, para unas condiciones iniciales prefijadas. Es la altura de una lámina de agua uniforme sobre el terreno que éste puede absorber en una unidad de tiempo. La capacidad de infiltración no es constante en el tiempo y se mide en mm/tiempo (en general, mm/día o mm/hora) y puede calcularse según Horton (Figura 1.5.1) como:
Clase 1.5 Pág. 2 de 5 c f f f f e 0 c kt f = capacidad de infiltración en el instante t f c = valor constante de la capacidad de infiltración que se alcanza al cabo de un cierto tiempo f 0 = valor máximo de la capacidad de infiltración al comienzo de la lluvia k = constante positiva que depende del tipo de terreno t = tiempo transcurrido desde el comienzo de la lluvia f 0 según el tipo de terreno f c Capacidad de infiltración al estabilizarse el proceso con el tiempo t Figura 1.5.1. Representación de la capacidad de infiltración respecto al tiempo según la función de Horton. Así, si se cumple que la intensidad de precipitación es superior al valor de la capacidad de infiltración de un determinado suelo, ésta decrecerá según describe esta curva. Si en un determinado instante la intensidad de precipitación es inferior a la capacidad de infiltración, ésta irá disminuyendo debido a que el suelo se irá saturando progresivamente. Si I es la intensidad de lluvia y f la capacidad de infiltración en el instante t: Cuando I < f la intensidad de infiltración es I Cuando I > f la intensidad de infiltración es f. La capacidad de infiltración se define como la cantidad real de agua que se infiltra en un momento dado por unidad de tiempo.
Clase 1.5 Pág. 3 de 5 La infiltración se expresa en mm de altura de agua. También se utiliza el I término de coeficiente de infiltración que se expresa como: * 100 P 1.5.4. Factores que afectan a la infiltración La Tabla 1.5.1 recoge las características o factores, tanto del medio permeable como del fluido que se infiltra, que influyen sobre la infiltración: Características del Características del medio permeable fluido que se infiltra FACTOR EFECTO SOBRE LA INFILTRACIÓN Compactación Si es mayor la compactación se reduce Desnudez Si es mayor la desnudez se reduce Condiciones de La existencia de vegetación favorece Suelo con vegetación superficie Pendiente Si la pendiente es mayor se reduce Área urbana la existencia de área urbana reduce La I varía en función de la Características del Textura y estructura granulometría del suelo terreno Calor específico del terreno Afecta a la viscosidad del fluido Humedad inicial del suelo Si la humedad inicial del suelo crece se reduce Si f es grande, la intensidad de Condiciones precipitación no influye ambientales Intensidad de la lluvia Si f es pequeña solo se podrá infiltrar una parte de la precipitación que vendrá limitada por f Tamaño de gotas muy grandes Si el tamaño de las gotas es mayor, se reduce Turbidez Si es mayor la turbidez, se reduce Contenido en sales Si existe floculación se reduce Temperatura del agua Si aumenta la temperatura del agua se favorece I: infiltración, f: capacidad de infiltración Tabla 1.5.1. Parámetros que influyen en la infiltración.
Clase 1.5 Pág. 4 de 5 1.5.5. Cálculo de la infiltración. Determinación de la infiltración en una cuenca pequeña. La infiltración del agua a partir de una precipitación dada puede calcularse: - Con un pluviómetro se puede obtener una estimación de la precipitación caída en la cuenca de estudio. Mediante una estación de aforos puede construirse el hidrograma de la avenida asociada a esta precipitación y evaluarse los valores de las escorrentías hipodérmica, directa y subterránea. En términos generales: Infiltración Pr ecipitación EscorrentíaSuperficial Evapotranspiración La evapotranspiración y la retención superficial podrían ser despreciadas mientras se produce la precipitación, de manera que si se resta la escorrentía directa de la precipitación, se obtendrá un valor aproximado de la infiltración. - Se pueden utilizar diversos índices de infiltración (ver pág. 347 de Custodio, E., Llamas, M.R., 1983) que se obtienen fácilmente a partir de los datos de precipitación y de escorrentía directa. - Admitiendo que para una tormenta y una cuenca determinada con unas condiciones iniciales dadas, el valor de la infiltración de la cuenca es constante durante la duración de la lluvia. Se representa la intensidad media de precipitación en el tiempo y se señala el valor de la capacidad de infiltración o el valor de la permeabilidad relativa del suelo (Figura 1.5.2). Por encima de este valor se supone que el agua precipitada origina escorrentía superficial es decir no se infiltra. La capacidad de infiltración del suelo limita la infiltración del agua de lluvia en el suelo, no se podrá infiltrar agua por encima del valor que marca la capacidad de infiltración del suelo, y esto tiene una gran importancia en la interpretación y evaluación de los balances de agua en el suelo o hidrometeorológicos.
Clase 1.5 Pág. 5 de 5 i (mm/h) Intensidad de la lluvia Valor de la capacidad de infiltración o valor de la permeabilidad relativa o valor de laminación Infiltración Lluvia neta (produce escorrentía superficial) Escorrentía superficial t Figura 1.5.2. Cálculo de la infiltración. Admitiendo que para una tormenta y una cuenca determinadas con unas condiciones iniciales dadas, el valor de la infiltración de la cuenca es constante durante la duración de la lluvia. Se representa la intensidad media de precipitación en el tiempo y se señala el valor de la capacidad de infiltración o el valor de la permeabilidad relativa del suelo. Por encima de este valor se supone que el agua precipitada origina escorrentía superficial es decir no se infiltra. En episodios de fuerte intensidad de lluvia, la entrada de agua al terreno no es P, sino f de manera que el agua que se infiltra es P-escorrentía superficial y la escorrentía superficial es P-f. Entonces puede definirse el valor de laminación, que es el límite por encima del cual consideramos que toda el agua que precipita fluye superficialmente; así por ejemplo para un determinado terreno en ciertas condiciones se dice que el valor de laminación es de 120mm/día indica que si por ejemplo llueve 180mm en un día, tomaremos como entrada al terreno por infiltración únicamente 120mm y el resto que excede fluirá superficialmente. Es decir, el valor de laminación es el valor a partir del cual se produce escorrentía superficial. Si el valor de laminación es superior al valor de la precipitación, no se produce escorrentía superficial y todo se infiltra. Es evidente que este concepto es una simplificación, ya se ha visto que la capacidad de infiltración varía en un mismo terreno según las condiciones de humedad del mismo. Por lo tanto, el valor de laminación debería ser distinto por ejemplo, según que en el día (o días) anterior haya llovido o no. Pero en cualquier caso, siempre es mejor un valor único, determinado por la experiencia o el análisis de las oscilaciones piezométricas frente a los episodios más lluviosos, que suponer toda la lluvia, independientemente de su intensidad, se infiltra en el terreno y cuenta a efectos de balance hidrometeorológico. Dado que además la recarga de acuíferos se corresponde mayoritariamente a las épocas de lluvias intensas, no introducir esta limitación puede dar lugar a sobrevaloraciones importantes de la infiltración.