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Infiltración

  1. 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “ SANTIAGO MARIÑ EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ TUTORA MORENO ÉNID
  2. 2. 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. En términos generales el valor de la infiltración no es constante, sino que, en los primeros momentos de las precipitaciones suele ser más alto, y disminuye con rapidez hasta alcanzar un valor constante más bajo que el inicial. Este descenso está motivado por diferentes factores: la progresiva saturación de los poros. la compactación, sobre todo en el caso de que el suelo esté desprovisto de vegetación. cierre o disminución de tamaño de las grietas de los suelos, cuando estos están formados por arcillas que aumentan de tamaño al hidratarse. El subproceso 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. Si la intensidad de precipitación en la superficie del suelo ocurre a una tasa que excede la capacidad de infiltración, el agua comienza a estancarse y se produce la escorrentía sobre la superficie de la tierra, una vez que la cuenca de almacenamiento está llena. Esta escorrentía se conoce como flujo terrestre hortoniano. El sistema hidrológico completo de una línea divisoria de aguas se analiza a veces usando modelos de transporte hidrológicos, modelos matemáticos que consideran la infiltración, la escorrentía y el flujo de canal para predecir las tasas de flujo del río y la calidad del agua de la corriente.
  3. 3. El hietograma es un grafico que permite conocer la precipitación de un lugar a través del tiempo de la tormenta y la forma gráfica de representar la lluvia incremental, por lo tanto se presenta como un diagrama de barras. Así la figura 1 muestra una lluvia incremental. Este hietograma de diseño reflejará la distribución de las precipitaciones producidas a lo largo de las 5 horas más lluviosas que se pueden producir en ese punto con un periodo de retorno de 100 años. Para esto existen diversos procedimientos, varios de ellos se basan en las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia. Vamos a ver el método de bloques alternos (alternaling blok method, chow et al. 1994) . Elegimos la curva Intensidad-Duración correspondiente al periodo retorno deseado, o una ecuación que refleje dicha curva. En cualquiera de los casos, podremos leer gráficamente u obtener la ecuación la intensidad de precipitación para diversos incrementos de tiempo.
  4. 4. Para precipitaciones reales se obtiene de un pluviógrafo, aunque estos cálculos no suelen realizarse con una precipitación que ya sucedió sino con intensidades de precipitación calculadas estadísticamente ("precipitaciones de diseño"), Su distribución en el tiempo la forma del hietograma puede calcularse o puede estar catalogada previamente dependiendo de la zona geográfica. Supongamos que queremos confeccionar un hietograma de un aguacero de 3 horas y media, con incrementos de tiempo de 30 minutos. Se trata por tanto de 210 minutos repartidos en 7 intervalos de 7 minutos. La figura 1 representa una curva Intensidad-Duración para un retorno de 100 años. En ella hemos leído los valores de intensidad (mm/h) que aparecen en las dos primeras columnas de esta tabla: En la 3era columna calculamos la precipitación caída en cada intervalo. Para 30 minutos: si en 0,5 horas llovió con una intensidad de 37,2 mm/hora, en media hora se recogió 0,5 – 37,2. Analógicamente para todos los intervalos, hasta 210 minutos (3,5 horas). Para calcular la última columna (ΔP) a partir de la anterior, debemos suponer que dentro de los 60 min. Más lluviosos se encuentran los 30 min, más lluviosos y razonamos así: En los 60 min más lluviosos cayeron 24,5 mm. Si (dentro de los 60 min anteriores) en los 30 min más lluviosos cayeron 18,6 mm, en los restantes 30 min: 24,5-18,6=5,9mm. Analógicamente, calculamos el resto de la última columna, obteniendo la precipitación caída en incrementos de 30 minutos (es el intervalo elegidos en este ejemplo), en orden decreciente
  5. 5. Para obtener el hietograma (Figura 2) con los valores de la última columna se procede así: En el centro se coloca la precipitación registrada en los 30 min más lluviosos. A su derecha, se coloca la precipitación registrada en el 2º intervalo más lluvioso. A la izquierda, registrada en el 3er intervalo más lluvioso, a la derecha el 4º, etc. Si se dispone de hietogramas reales de la región, será aconsejado redistribuir los bloques, si observamos por ejemplo, que el máximo suele producirse en el primer tercio de la tormenta. Si deseamos un hietograma expresado en Intensidades (mm/h) y los intervalos utilizados son de m minutos, habría que multiplicar la altura de cada bloque por 60/m. Se puede realizar ligeramente simplificado (Ferrer, 1993), consiguiendo u hietograma simétrico, operando del siguiente modo: A partir de la curva Intensidad-Duración (fig. 1) leemos los valores que aparecen anotados en las primeras columnas de esta tabla: Suponemos que los 30 minutos más lluviosos están englobados y en el centro de los 90 minutos más lluviosos; por lo tanto, a la precipitación de los 90 minutos más lluviosos le restamos la de los 30 minutos centrales y dividimos esa diferencia por 2 (un intervalo de 30 minutos a cada lado). Estos cálculos aparecen en la última columna de la tabla, y el hietograma resultante es el de la figura 3. Bajo el hietograma se indican los intervalos del mismo que corresponden a las lecturas realizadas sobre la curva Intensidad-Duración de la figura 1. Con ambos métodos hemos generado un hietograma de precipitación total, y para calcular el hietograma que generaría, es necesario evaluar previamente la precipitación neta.
  6. 6. Es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de caudal, carga de sedimentos para un río, arroyo, 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 su vez se dividen en perennes y en intermitentes. El hidrograma representa la variación de las descargas de una corriente con respecto al tiempo, en una sección determinada del curso de agua. Las ordenadas del hidrograma son gastos instantáneos (m3/s, l/s y pies3/s) y las abscisas corresponden al tiempo (minutos, horas, días, meses o años. El área bajo la curva del hidrograma (es decir su integral) representa un volumen cuando la ordenada se expresa en términos de gasto, como por ejemplo m3s. Los factores que influyen en la forma del hidrograma son: Magnitud de precipitación, duración de la tormenta, área de la cuenca, forma de la cuenca, capacidad de almacenaje de la cuenca topografía, cobertura vegetal, tipo de suelo, entre otros. Hidrograma unitario El Método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinada cuenca hidrográfica. Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg,... de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido.
  7. 7. Hidrograma unitario Lluvia escorrentía Limnigramas En cuencas con datos de precipitación y caudal Metodo racional Hidrograma unitario triangular En cuencas sin datos de caudal Transposicion de hidrogramas unitarios Hidrograma unitario instantaneo
  8. 8. El índice de infiltración o capacidad media de infiltración es Para obtener el índice ø se procede por tanteos utilizado para calcular el escurrimiento en grandes áreas, donde suponiendo valores de él y deduciendo la lluvia en sería difícil aplicar la curva de capacidad de infiltración. Este es exceso del hietograma de la tormenta. Cuando esta equivalente a la velocidad media de infiltración. lluvia en exceso sea igual a la registrada por el El índice de infiltración media (Figura 4) está basado en la hidrograma, se conocerá el valor de ø. hipótesis de que para una tormenta con determinadas Según la Figura 4, el valor correcto de ø se tendrá condiciones iniciales la cantidad de recarga en la cuenca cuando: 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. 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 área de la cuenca (A).
  9. 9. 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 Según lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltración se expresa como: 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. 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) El trabajar con la curva de capacidad de infiltración es complicado, se toma un valor medio de infiltración y se supone que es un valor constante. Esto es válido cuando el objetivo es determinar la precipitación en exceso para la determinación de crecidas, donde la magnitud de la intensidad de precipitación normalmente es muy superior a la capacidad de infiltración, y donde la distribución de los excesos se afectan levemente al considerarla constante en el período.
  10. 10. El modelo de horton, permite simular la curva de infiltración del suelo. Es un modelo de tipo empírico, que se basa en conceptos simplificados que permiten expresar la capacidad de infiltración como una función del tiempo, de constantes empíricas y parámetros del suelo. Una de las primeras ecuaciones de infiltración fue desarrollada por Horton en1939, quien a partir de experimentos de campo, estableció, para el caso de un suelo sometido a una precipitación con intensidad siempre superior a la capacidad de infiltración, una relación empírica para representar el declive de la infiltración con el tiempo puede ser presentada de la siguiente forma: K.t F= fc + (fo-fc).e Donde: F: es la capacidad de infiltración en el tiempo t. 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 decrecimiento de la capacidad de infiltración.
  11. 11. http://www.upct.es/~minaeees/hidrologia. http://212.128.130.23/eduCommons/cienciasexperimentales/hidrologia/contenidos/06.Hidrologia_%20superficial_3. http://www.slideshare.net/Panije/hidrogramas http://www.geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/INFIL.ht m http://www.fca.uner.edu.ar/academicas/deptos/catedras/riego/Archivos/Cap%200 4%20-%20Infiltracion.

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