El agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda

detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior.

De esta última fracción se dice que se ha filtrado. El

interés económico del fenómeno, es evidente si se

considera que la mayor parte de los vegetales utilizan

para su desarrollo agua infiltrada y que el agua

subterránea de una región tiene como presupuesto previo

para su existencia, que se haya producido infiltración.

INFILTRACIÓN es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie de

la tierra, y queda retenida por ella o alcanza un nivel acuífero incrementando el volumen

acumulado anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por

la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas

denominaciones: percolación, infiltración eficaz, infiltración profunda, etc.

El proceso de infiltración puede continuar sólo 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 través del suelo. La

tasa máxima a la que el agua puede entrar en un suelo se

conoce como capacidad de infiltración. Si la llegada del agua a

la superficie del suelo es menor que la capacidad de

infiltración, toda el agua se infiltrará.

En la infiltración ocurren tres subprocesos: la entrada de agua

al suelo, la retención de agua y el 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.

EN LA INFILTRACIÓN OCURREN TRES SUBPROCESOS:

La entrada de agua al suelo,

La retención de agua,

y el 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).

El Infiltrómetro es un dispositivo que permite medir la capacidad de

infiltración de los suelos. Existen diversos tipos de Infiltrómetro, entre los que se

pueden mencionar:

Infiltrómetro de cilindro o de inundación, estos a su vez pueden ser de cilindro

simple o de doble cilindro.

Infiltrómetro de disco.

También se puede determinar la capacidad de infiltración con un simulador de lluvia.

Este procedimiento consiste en aplicar sobre el suelo una cantidad conocida de

agua. La tasa de infiltración se obtiene restando a la cantidad de agua aplicada el

volumen de agua que escurre superficialmente.

Hietograma: es un diagrama de barras que representa las variaciones

de la altura de precipitación (p.e. en mm) o de su intensidad (mm/h) en

intervalos de tiempo previamente seleccionados. Permite conocer la

precipitación de un lugar a través del tiempo de la tormenta.

Fijada la duración de la tormenta, obtener los Hietograma es fácil:

Por cierto, su fórmula es la siguiente (L = longitud de cauce en km, J = desnivel delcauce en m/m):

Una vez determinada la duración de la tormenta (cómo el tiempo de concentración de lacuenca), obtener hietogramas a partir de curvas IDF es cosa fácil, sólo hay que seguir estospasos:

Divide el tiempo de duración en intervalos de tiempo Δt

Selecciona el periodo de retorno del cual obtener el hietograma

Obtén de su curva IDF los valores de intensidad de precipitación para cada intervalo Δt,2Δt, 3Δt,… hasta la duración total de la precipitación

Calcular la profundidad o volumen de precipitación caída en cada intervalo, multiplicandola intensidad por la duración del intervalo (en horas)

Resta los valores sucesivos de profundidad de precipitación (en mm) calculados antes

Reordena los resultados de manera que el mayor valor esté en medio de la serie, y sevayan alternando en orden descendente alternativamente a lado y lado de ese máximo

Si todo ha ido bien deberás tener una tabla de resultados cuya representación en gráfico

de barras es el siguiente:

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 hidrograma de tormenta e hidrograma anuales,

los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.

Determinación 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 más frecuente el caso en que se requiere

conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida. Otras

veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la

variación en el tiempo del caudal en una determinada sección en la cual

se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente.

Los métodos que se utilizan para estos cálculos son:

El racional;

Hidrograma unitario;

Modelos matemáticos de cuencas hidrográficas.

El índice de infiltración o capacidad media de infiltración es utilizado

para calcular el escurrimiento en grandes áreas, donde sería difícil aplicar

la curva de capacidad de infiltración. Este es equivalente a la velocidad

media de infiltración.

Obtención de la Curva de Capacidad de Infiltración MediaSi 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 infiltraciónaplicando el criterio de Horner y Lloys.

Del hietograma para cada tormenta, se obtiene la altura de lluvia hp y según el hidrograma, la lluvia enexceso, 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 continúadurante un lapso después de que ésta termina. En este momento, si la tormenta cubre toda el área, lainfiltración continúa en forma de capacidad e irá disminuyendo conforme el área de detección del escurrimientodisminuye. 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 analizarel 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

Índice de infiltración media

El índice de infiltración media está basado en la hipótesis de que para

una tormenta con determinadas condiciones iníciales 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.

Para obtener el índice ø se procede por tanteos suponiendo valores de él y deduciendola lluvia en exceso del hietograma de la tormenta. Cuando esta lluvia en exceso sea iguala la registrada por el hidrograma, se conocerá el valor de ø.

Según la Figura 2, el valor correcto de ø se tendrá cuando:

Donde:

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

he = lluvia en exceso deducida del volumen de escurrimiento directo (Ved) entre el áreade 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, seacepta que todo lo llovido se infiltró. El problema se presenta cuando se desea evaluar elvolumen de infiltración, ya que si se evalúa a partir del índice ø se obtendrá por estehecho un volumen mayor que el real. Para calcular el volumen de infiltración real, seaplica la siguiente ecuación:

Capacidad de infiltración en cuencas grandes

Para cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en toda el

área, Horton propone un criterio para calcular la capacidad de infiltración media, fa, que se tiene

para una tormenta cualquiera.

Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su

distribución satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de

un pluviógrafo. Esto implica estimar que la distribución de lluvia registrada en

el pluviógrafo sea representativa de la distribución en toda la cuenca. Por otra parte, considera

que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la precipitación y la infiltración que

ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltración antes y

después de la lluvia en exceso. Entonces, el valor de fa que se encuentra es tal que multiplicado

por la duración de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total para el mismo periodo,

proporciona el escurrimiento superficial total.

La estación pluviográfica recibe el nombre de estación base y las pluviométricas se

llaman subestaciones. Con el fin de tener un criterio de cálculo general para la cuenca en

estudio, conviene transformar a porcentajes la curva masa de la estación base. Una vez hecho

estos cálculos, se suponen alturas de lluvia y a partir de la curva masa en porcentaje, se obtiene

la variación respecto al tiempo. A continuación se proponen capacidades de infiltración media y

se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso.

Lo anterior permite obtener gráficas de alturas de lluvias totales contra alturas de lluvia en

exceso para diferentes capacidades de infiltración media. Así, conocida la altura de precipitación

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 infiltración

media.

Este criterio es similar al del índice de infiltración media, sólo que ahora los tanteos se llevan

a gráficas que en el caso de tener una tormenta con una duración grande es muy conveniente,

ya que disminuye el tiempo de cálculo. Por otra parte, permite disponer de una gráfica que

relaciona para cualquier tormenta su lluvia en exceso, su lluvia total y su correspondiente

capacidad de infiltración media.

El modelo de Horton permite simular la curva de capacidad de infiltración del suelo.

Es un modelo de tipo empírica, que se basa en conceptos simplificados que

permiten expresar la capacidad de infiltración como una función del tiempo ,

constantes empíricas y parámetros del suelo.

La expresión de horton en los parámetros es la siguiente:

-k.t

f=fc+(fo- fc).e

Donde:

f: es la capacidad de infiltración en el tiempo

fo: es la capacidad de infiltración en el tiempo igual a cero

fc: es la capacidad de infiltración constante

k: parámetro del suelo que controla el de crecimiento la capacidad de

infiltración

Los parámetros fo y k, dependen del contenido de agua inicial del suelo, así

como también de la taza de aplicación.

Los parámetros de la ecuación se evalúan usualmente desde datos de

infiltración experimentales.(Haat et al., 1982)