Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular y la EducaciónI.U.P “Santiago Mariño” Extensión Puerto OrdazCatedra: Hidrología42 I Ing. Civil

Profesor (a):Enid Moreno

Autor:Jorge Morocoima, CI.:24.412.941

Ciudad Guayana, 16/11/2013

La Infiltración en el Ciclo Hidrológico

La infiltración : Es el movimiento descendente del agua desde la superficie de la Tierra hacia el suelo o las rocas porosas. En cualquier parte del mundo, una porción del agua que cae como precipitación y nieve se infiltra hacia el suelo subsuperficial y hacia las rocas.

La infiltración ocurre cuando aguas procedentes de las precipitaciones o de almacenes superficiales (deshielo, ríos, lagos), inicia un movimiento descendente adentrándose en el subsuelo, pudiendo alcanzar diferentes profundidades en función de las condiciones.

Subprocesos de la Infiltración:

Por lo general ocurren tres subproceso la cuales serian:

1. La entrada de agua al suelo2. La retención de agua 3. Movimiento del agua a través del suelo.

Se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, milímetro por hora o cm/h, centímetro por hora.

Infiltrometros:

Se utilizan para determinar la capacidad de infiltración en pequeñas áreas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo.

Los infiltrómetros se usan con frecuencia en pequeñas cuencas o en áreas pequeñas o experimentales dentro de cuencas grandes. Cuando en el área se presenta gran variación en el suelo y vegetación, ésta se subdivide en subáreas relativamente uniformes, de las cuales haciendo una serie de pruebas se puede obtener información aceptable.

Se pueden dividir en dos grupos: 1. carga constante 2. simuladores de lluvia

Infiltrómetros de carga constante: Permiten conocer la cantidad de agua que penetra en el suelo en un área cerrada a partir del agua que debe agregarse a dicha área para mantener un tirante constante, que generalmente es de medio centímetro.

Simuladores de lluvia.: Con el objeto de evitar en lo posible las fallas de los infiltrómetros de carga constante, se usan los infiltrómetros que simulan la lluvia, aplicando el agua en forma constante al suelo mediante regaderas.

Es un grafico que permite conocer la precipitación de un lugar a través del tiempo de la tormenta.

Heitograma:

Forma de obtener el Heitograma:

Lo primero que hacemos es construir el gráfico de curva de masas para lo cual es necesario obtener tanto la lámina acumulada como el tiempo acumulado, este tiempo acumulado se calcula obteniendo el tiempo transcurrido y sumándolo en forma consecutiva, datos que se presentan en la Tabla 8.

En la Figura 16, se presenta el gráfico de masas correspondiente. Para construir el hietograma, se divide la precipitación de cada intervalo contra el tiempo del intervalo, es decir, se obtiene la intensidad por intervalo. Ver Tabla 9.

En la Figura 17 se presenta el hietograma correspondiente.

Hidrograma

Es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. para un río, arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.

Permite observar: las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través

del año hidrológico:• El pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida)• El flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o,• Las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un

período de uno o varios años.

Forma de obtener los hidrogramas

1. Hidrograma Unitario: Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus hidrogramas reales producidos.

2. Hidrograma Sintético: Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.

hidrograma unitario

Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.

Índice de infiltración

Velocidad media de infiltración, deducida de un hietograma de tal modo que el exceso de precipitación sobre esta velocidad sea igual al volumen de escorrentía.

Forma de obtener el índice infiltración:

• Infiltración media: Está basado en la hipótesis de que para una tormenta con determinadas condiciones iniciales la cantidad de recarga en la cuenca permanece constante a través de toda la duración de la tormenta. Así, si se conoce el hietograma y el hidrograma de la tormenta, el índice de la infiltración media, ø, es la intensidad de lluvia sobre la cual, el volumen de lluvia es igual al del escurrimiento directo observado o lluvia en exceso.

• Índice de infiltración media (ø )

Para obtener el índice ø se procede por tanteos suponiendo valores de él 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 conocerá el valor de ø.

Donde:

= lluvia en exceso en el intervalo de deducido del hietograma ø de la tormenta

he = lluvia en exceso deducida del volumen de escurrimiento directo (Ved) entre el área de la cuenca (A).

Debe señalarse que como la lluvia varía con respecto al tiempo y el índice es constante, cuando la variación de la lluvia

en un cierto intervalo de tiempo sea menor que ø, se acepta que todo lo llovido se infiltró. El problema se presenta cuando se desea evaluar el volumen de infiltración, ya que si se evalúa a partir del índice ø se obtendrá por este hecho un volumen mayor que el real. Para calcular el volumen de infiltración real, se aplica la siguiente ecuación:

F = ( hp - he ) A

Donde:F = volumen de infiltración (m3)hp = altura de lluvia debida a la tormenta, la cual es la suma de los (mm)

he = altura de la lluvia en exceso (mm)A = área de la cuenca (m2)

Curva de capacidad de infiltración:

Velocidad máxima con que el agua penetra en el suelo, la capacidad de infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo arcilloso y compacto.

Forma de obtener la Curva de capacidad de infiltración.

Si se tiene una serie de tormentas sucesivas en una cuenca pequeña y se dispone del hietograma e hidrograma correspondientes, es posible obtener la curva de la capacidad de infiltración aplicando el criterio de Horner y Lloys

Del hietograma para cada tormenta, se obtiene la altura de lluvia hp y según el hidrograma, la lluvia en exceso, he, a que dio lugar. A continuación se calcula el volumen de infiltración F, expresado en lámina de agua, que es:

En la ecuación anterior hf debe dividirse entre el tiempo promedio en que ocurre la infiltración en toda la cuenca. En este criterio se acepta que la infiltración media se inicia cuando empieza la lluvia en exceso y continúa durante un lapso después de que ésta termina. En este momento, si la tormenta cubre toda el área, la infiltración continúa en forma de capacidad e irá disminuyendo conforme el área de detección del escurrimiento disminuye. Horton considera que el periodo equivalente durante el cual el mismo volumen de infiltración pasa, desde que la lluvia en exceso finaliza hasta que cesa el flujo sobre tierra, se puede detectar al analizar el hidrograma correspondiente.

Según lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltración se expresa como:

Donde:t = duración de la infiltración (h)de = duración de la lluvia en exceso (h) Δ t = periodo desde que termina la lluvia en exceso hasta que seca el flujo sobre tierra (h) Por lo tanto, la capacidad de infiltración media será:

f = hf / t

Donde:hf = altura de infiltración media (mm)t = duración de la infiltración (h) Una vez conocido el valor de f para cada tormenta, se lleva a una gráfica en el punto de cada periodo t. Al unir los puntos resultantes se obtiene la curva de capacidad de infiltración media.

Modelo de Horton:

La Capacidad de Infiltración se puede realizar mediante la expresión de Horton quien estableció que, para cualquier suelo bajo lluvia constante, la Velocidad de Infiltración decrece en el tiempo de acuerdo a la siguiente ley:

Donde:F: Capacidad de infiltración en un tiempo t(mm/hr).

Fc: Capacidad de Infiltracion para un tiempo t muy grande (mm/hr).Es la capacida de equilibrio obtenida cuando el suelo esta completamente saturado.

fo: Capacidad de infiltacion inicial, t=0. (mm/hr)t: Tiempo transcurrido desde el inicio de la lluvia (min).K: constante para el suelo y superficie particulares. (min”)

La constante K es una función de las condiciones de la superficie del suelo (cobertura vegetal, por ejemplo). Un suelo recubierto de vegetación tendrá valores de K pequeños, mientras que los suelos sin vegetación (desnudos) tendrán valores mayores. fc y fo dependen igualmente del tipo de suelo y su cobertura.

Para estos coeficientes, los valores representativos siguientes:

Tipo de Suelofo

(mm/hr)

fc

(mm/hr)

K

(min-1)

Desnudo 280 6-220 1,6

Agrícola estándar con materia

orgánica.900 20-290 0,8

Pantanoso 325 2-20 1,8

Arenoso fino desnudo

210 2-25 2

Arcilloso con materia orgánica.

670 10-30 1,4

Referencias:

Universidad Complutense Madrid” Escorrentía Subterránea “Disponible en: http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/esc_sub_infiltracion.html [consulta: 2013, Noviembre 10].

“Infiltración” disponible en: http://geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/INFIL.htm[consulta, 2013, Noviembre 10]

Wikipedia la enciclopedia Libre “Hidrograma” Disponible en: http://gl.wikipedia.org/wiki/Hidrograma [consulta, 2013 Noviembre 10]

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“Perdidas de Infiltración en una cuenca hidrográfica- Aspectos básico”. Disponible en: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/perdidas-por-infiltracion-en-una-cuenca-hidrografica-aspectos-basicos/. [consulta: 2013, Noviembre 13]

Yahoo!respuestas” Que es un hietograma”Disponible en;http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080623095832AADOl21 [consulta,2013 Noviembre 15]