infiltracion

1. Capítulo 6
INFILTRACIÓN
INTRODUCCIÓN
Tanto la Infiltración como el movimiento en la zona no saturada obedece a procesos
físicos similares que están ligados por las condiciones hidrodinámicas del terreno, de tal
forma que existe un movimiento vertical del agua, e incluso subhorizontal (Escorrentía
Hipodérmica), que determina la recarga que el acuífero recibe.
Hasta ahora las componentes del Ciclo Hidrológico que se han descrito correspondían a
las componentes superficiales. Las componentes descritas en este capítulo corresponden
a la parte edáfica del terreno o suelo edáfico.
En lo que a continuación se detalla se explicará la Infiltración y se hará una
introducción al Flujo en la zona no saturada.
INFILTRACIÓN
Definición
La Infiltración es el proceso de paso del agua a través de la superficie del suelo hacia el
interior de la tierra. Este concepto hay que distinguirlo del de Percolación, que es el
movimiento del agua dentro del suelo. Ambos fenómenos están relacionados, puesto
que la Infiltración no puede continuar libremente hasta que la Percolación haya
removido el agua de las capas superiores del suelo.
Mecanismo de generación de la Infiltración
Cuando se produce un aguacero, el agua que no es interceptada alcanza el suelo. A
partir de ese instante ocurren tres fenómenos diferentes: El primero de ellos es la
acumulación de agua en forma de Detención Superficial, a la vez que, dependiendo de
la permanencia del agua en la superficie del terreno y de las características
hidrodinámicas del mismo, se activa el mecanismo de Infiltración. El agua que el
terreno no es capaz de filtrar ni retener, escurre, formando la Escorrentía Superficial o
Directa. En la Figura 6.1 se representa la analogía existente entre los procesos que
ocurren en la superficie del suelo y el de un recipiente con agujeros que se llena
completamente rebosando el agua por los laterales. Los agujeros en la parte inferior
representan a las propiedades hidrodinámicas del terreno (permeabilidad, porosidad, ...)
que son las que van a definir la tasa de infiltración en el mismo. El agua que rebosa
simula la Escorrentía Superficial generada y el agua almacenada momentáneamente en
el recipiente representa la Detención Superficial.
85

2. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
Precipitación
Infiltración
Escorrentía
Superficial
Detención Superficial
Figura 6.1. Esquema representativo de los mecanismos de generación de Infiltración.
La permeabilidad del suelo es activada por medio de canales no capilares, a través de
los cuales drena el agua de gravedad desde la superficie hasta el nivel freático del agua
subterránea, siguiendo el camino de menor resistencia. El agua va rellenando los
espacios capilares por lo que el gradiente de humedad establecido inicialmente va
menguando y por tanto también la cantidad de agua infiltrada por unidad de tiempo. En
caso de que inicialmente el suelo se encuentre con más contenido de agua, la infiltración
por unidad de tiempo producida será menor, ya que el suelo se encuentra en condiciones
de mayor saturación, y por tanto con un gradiente de humedad menor, que si
inicialmente se encuentra completamente seco. En consecuencia, se favorecerá la
formación de escorrentía superficial al disminuir la masa de agua susceptible de
infiltrarse.
La Infiltración está más relacionada con el movimiento del agua en la parte edáfica del
suelo donde tiene lugar el desarrollo radicular de las plantas. La Percolación está más
relacionada con el movimiento vertical del agua en la zona no saturada. En la Figura 6.2
se muestra un esquema del suelo y los diferentes flujos existentes en él. En dicho
gráfico se distingue la Infiltración, la Percolación, el Flujo Hipodérmico, el Flujo
Subterráneo y la Recarga que le llega al medio saturado. También se ha incluido el
Flujo Subsuperficial Epidérmico (Escorrentía Superficial epidérmica), que es el agua
que se encuentra en la parte del suelo edáfico y que, en un momento dado puede aflorar,
incorporándose a la Escorrentía superficial.
En la Figura 6.3 se muestra el frente de saturación, con respecto a la profundidad, que se
genera una vez infiltrada el agua en el suelo, y que avanza saturando al mismo.
86

3. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Escorrentía Subterránea
Escorrentía Superficial
Escorrentía superficial
epidérmica
Manantial
Escorrentía
Hipodérmica
Infiltración
Percolación
Recarga
Suelo
edáfico
Zona
saturada
Zona no
saturada
Figura 6.2. Esquema de las diferentes zonas y flujos que aparecen en el terreno.
Profundidad
Contenido de humedad0
Zona de saturación
Zona de transmisión
Zona de humectación
Humedadinicial
Figura 6.3. Frente de humedad durante la Infiltración.
87

4. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
Tal y como se muestra en la Figura 6.1 la formación de la Infiltración está asociado a la
generación de Escorrentía Directa. Como ya se explicó en el Capítulo 5, la formación de
la Escorrentía Directa obedece al ciclo de la Escorrentía. En dicho ciclo se muestran los
distintos pasos evolutivos de la formación de las distintas componentes del Ciclo
Hidrológico, si bien no se detalla el mecanismo de generación de la Escorrentía. Hay
dos modelos explicativos de generación de la Escorrentía y que están asociados al
proceso de Infiltración: Modelo de Horton y modelo de Dunne.
Modelo de Horton
Este modelo corresponde a la Figura 6.1. Cuando existe saturación en la superficie del
terreno, es decir cuando el terreno se encharca, porque la intensidad de precipitación es
superior a la capacidad de infiltración del terreno, se acumulará el agua en el mismo y
se producirá Escorrentía Directa. La capacidad de infiltración del terreno está
relacionada con la permeabilidad del mismo a través de la Ecuación de Darcy:
hgradKIf ⋅−= (6.1)
donde K es la permeabilidad del terreno y h el nivel piezométrico:
γ
+=
P
zh (6.2)
siendo z la profundidad o cota geométrica (Figura 6.3) y P/γ la altura de presiones. Si
suponemos que el suelo no está sometido a un gradiente de presiones (suelo a presión
atmosférica) y que la Infiltración se produce por gravedad, el gradiente del nivel
piezométrico coincide con el gradiente de la cota geométrica:
1
dz
dz
z
h
hgrad −==
∂
∂
= (6.3)
En consecuencia,
KIf = (6.4)
En los instantes iniciales se satura la capa más superficial del suelo edáfico, por lo que
si la Intensidad de precipitación es superior a la Ksat se formará Escorrentía Directa (I >
Ksat), ya que el suelo no tiene la capacidad suficiente para “absorber” ese caudal o
intensidad.
Modelo de Dunne
Dunne (1978) explica la generación de Escorrentía Directa cuando el nivel freático es
somero por la existencia de materiales poco permeables cerca de la superficie, o por
encontrarnos cerca de los cauces de los ríos. En este caso la Infiltración conduce a que
la saturación se produzca desde dichos niveles freáticos desplazándose y alcanzando la
superficie. En ese instante toda la precipitación se convierte en Escorrentía Directa.
88

5. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
En la Figura 6.4 se muestra el frente de saturación y la evolución temporal de los
modelos de Horton y Dunne.
Profundidad
Contenido de humedad0
Humedadinicial
Zona saturada
φ : porosidad
t1 t2
t3
t4
tn
Profundidad
Contenido de humedad0
Humedadinicial
Zona saturada
φ : porosidad
Modelo Horton Modelo Dunne
t1
t2
t3
tn
Figura 6.4. Modelos de Horton y Dunne de generación de Escorrentía Directa.
Factores que influyen en la Infiltración
Existen diversos factores que influyen tanto en el origen de la Infiltración como en la
cantidad de agua infiltrada. Los factores que influyen en la Infiltración del suelo son los
siguientes:
• La Precipitación es un factor externo a las propiedades del terreno. La existencia
de Precipitación es la causa de que exista Infiltración siempre y cuando se
supere un cierto umbral mínimo exigible.
• La temperatura. Si la temperatura del suelo es suficientemente baja para
producir la congelación del agua recibida, la capa helada impide o dificulta la
Infiltración.
• El contenido inicial de humedad en el suelo tiene una gran influencia. Si el
terreno está muy seco, a la acción de la gravedad, se une una fuerte tensión
capilar con lo que aumenta la Infiltración. A medida que el terreno se humedece
se hinchan las arcillas y coloides y se reduce el tamaño de los poros y la
capacidad del suelo para infiltrar. Por otra parte, a medida que se alcanza la
capacidad de retención del suelo, se admitirá menos cantidad de agua ya que
existirá menos gradiente piezométrico y, en consecuencia, menos flujo de
entrada.
• Las condiciones de la superficie del terreno. La permanencia estática del agua en
el terreno favorece la Infiltración, ya que se da tiempo para que el agua se
infiltre, por ello factores que eviten esa permanencia de agua en forma de
Detención Superficial en el terreno perjudicarán a la Infiltración. Así, pues, la
pendiente del terreno favorece el tránsito del agua caída en forma de Escorrentía
89

6. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
Superficial; a mayor pendiente menor tiempo de tránsito superficial del agua y
menor permanencia de agua en el terreno. Por otro lado la vegetación favorece la
retención del agua, lo que aumenta el tiempo de permanencia del agua en el
terreno y, en consecuencia, la Infiltración. La compactación del terreno es otro
factor que define las condiciones.
Medida de la Infiltración
El parámetro que cuantifica la Infiltración es la capacidad de infiltración. La capacidad
de infiltración de un suelo es la tasa máxima con la cual puede penetrar agua en un
suelo en un sitio particular y dada una serie de condiciones, o, lo que es lo mismo, la
intensidad máxima de agua de lluvia que puede absorber el suelo. La capacidad de
infiltración se puede expresar en mm/h o mm/min.
Como ya se explicó anteriormente, si la Intensidad de lluvia es superior a la capacidad
de infiltración, una vez superada la retención superficial, se producirá escorrentía
superficial. Si la intensidad de lluvia es inferior a la capacidad de infiltración, la tasa
real de infiltración será la intensidad de lluvia menos la retención superficial, que será
inferior a dicha capacidad de infiltración.
La capacidad de infiltración se puede medir con infiltrómetros, lisímetros y analizando
hidrogramas.
Infiltrómetros
El infiltrómetro es un tubo diseñado para aislar una sección del suelo. El área efectiva
varía desde menos de 900 cm hasta varias decenas de metros cuadrados. Se utilizan para
medidas muy locales y los valores obtenidos pueden aplicarse a cuencas homogéneas en
suelo y vegetación y de pequeña extensión. Existen diferentes tipos de infiltrómetros: El
infiltrómetro de tipo inundador en el que la capacidad de infiltración se calcula a partir
del volumen de agua que hay que añadir por unidad de tiempo para mantener constante
el nivel de la lámina de agua sobre un área definida en el terreno. El problema que
existe en los valores deducidos con este tipo de infiltrómetros reside en que no se tiene
en cuenta el efecto de compactación que produce la lluvia.
En la Figura 6.5 se muestra un infiltrómetro. Un infiltrómetro de tipo inundador es el
infiltrómetro de anillos concéntricos. Este infiltrómetro posee un anillo exterior para
impedir la expansión lateral del agua infiltrada del cilindro interior, en donde se mide la
altura de lámina de agua.
En la Figura 6.6 se representa el esquema de otro infiltrómetro tipo inundador, el
infiltrómetro de cilindro excavado en el suelo (método de Porchet). En este infiltrómetro
se produce infiltración por toda la superficie de un cilindro excavado en el suelo, de tal
forma que se miden los niveles de la lámina de agua en tiempos muy próximos para que
se pueda suponer que la capacidad de infiltración es constante.
90

7. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Figura 6.5. Infiltrómetro.
El área por donde se infiltra el agua es:
( )Rh2RS +⋅⋅π= (6.5)
Para un intervalo de tiempo suficientemente pequeño, dt, se verificará que la variación
del volumen de agua es igual a la cantidad de agua infiltrada:
( ) dhRdtRh2RI 2
f ⋅π−=⋅+⋅⋅π⋅ (6.6)
donde If es la tasa de infiltración que coincide con la capacidad de infiltración. Los
demás parámetros se pueden identificar en la Figura 6.6.
Integrando la Ecuación (6.6) entre dos valores (t1, t2) (h1, h2) resulta:
( ) Rh2
Rh2
ln
tt2
R
I
2
1
12
f
+
+
⋅
−
= (6.7)
91

8. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
2R
2R
h
Terreno
Figura 6.6. Infiltrómetro excavado en el suelo.
Otro tipo de infiltrómetro es el tipo de simulador de lluvia, en el que el agua se
distribuye uniformemente sobre una parcela de pequeña extensión (1 a 40 m2
) mediante
un sistema de aspersión. Se establece un balance de agua en el que la Evaporación se
desprecia al considerarse pequeños intervalos de tiempo de forma que:
nf PPI −= (6.8)
donde la precipitación P y la escorrentía superficial Pn son conocidos.
Análisis de Hidrogramas
Para cuencas pequeñas de menos de 10 km2
se realiza un balance de masas de agua de
tal forma que el incremento de agua medida en la sección de desagüe de la cuenca
después de una lluvia corresponderá a la Escorrentía Superficial. La diferencia entre el
agua precipitada y la Escorrentía Superficial será la suma del agua interceptada, el agua
detenida superficialmente, el agua evapotranspirada y el agua infiltrada. La infiltración
será aproximadamente la diferencia entre el volumen precipitado y el escurrido
superficialmente. Este método se suele utilizar para obtener capacidades de infiltración.
92

9. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Lisímetros
En un lisímetro el agua infiltrada será la suma de la cantidad de agua recogida en el
colector de percolación (Figuras 4.6, 4.7 y 4.8 del Capítulo 4) y del incremento del agua
retenida en el terreno.
Cálculo de la Infiltración
La estimación de la Infiltración, tal y como ya se ha descrito en los apartados anteriores,
dependerá de las propiedades del suelo y de las variaciones de éstas tanto espacial como
temporalmente, ya que a medida que cambia el contenido de humedad del suelo la
Infiltración varía; por ello la Infiltración es un proceso muy complejo que puede
describirse mediante ecuaciones matemáticas solamente de forma aproximada.
La manera de cuantificar la Infiltración se puede realizar expresando dicho parámetro en
función de distintas variables o a través del cálculo de índices. De todas las ecuaciones
existentes citaremos la de Horton y la de Phillip, el método de Green-Ampt; y entre los
índices, describiremos el índice φ.
Ecuación de Horton
La ecuación desarrollada por Horton (1933) estima la capacidad de infiltración como
una función exponencial del tiempo en el que la infiltración empieza con una capacidad
o tasa determinada If0 y decrece hasta obtener una tasa constante Ifc:
( ) kt
fc0ffcf eIIII −
⋅−+= (6.9)
donde k es una constante empírica y t es el tiempo desde que comenzó el aguacero. En
este caso, la Ecuación (6.9) se ha obtenido suponiendo que los parámetros
hidrodinámicos del suelo no varían con la humedad del mismo.
Ecuación de Phillip
Phillip (1957, 1969) obtuvo la capacidad de infiltración suponiendo que los parámetros
hidrodinámicos del suelo podían variar con el contenido de humedad:
abt
2
1
I 2
1
f +=
−
(6.10)
donde a y b son dos variables que dependen de las características del suelo y de su
contenido de humedad.
Tanto de la Ecuación (6.9) como de la (6.10) se deduce que la capacidad de infiltración
es decreciente con el tiempo. En la Figura 6.7 se ha representado la capacidad de
infiltración en función del tiempo. En caso de que se pretenda estimar la Infiltración
producida al originarse un aguacero, se tendrá que evaluar el tiempo de duración (D) e
93

10. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
intensidad (I), así como la evolución temporal de la capacidad de infiltración del suelo a
partir de un contenido inicial de humedad.
Capacidad de
Infiltración
Tiempo
Ifc
If0
Figura 6.7. Evolución temporal de la capacidad de infiltración.
En la Figura 6.8 se reproducen diferentes casos de cálculo de la Infiltración producida a
partir de un aguacero. La expresión temporal de la capacidad de infiltración que se ha
utilizado es la dada por Horton, lo que implica que el valor inicial de capacidad de
infiltración del que se parte es If0. La asíntota horizontal a la que tiende la curva cuando
el tiempo se hace infinito es Ifc.
En el caso a) se ha supuesto que la intensidad de precipitación es constante e inferior al
valor de la permeabilidad del terreno saturado (I < Ksat) (modelo de Horton de
generación de escorrentía), o lo que es idéntico, se ha supuesto que dicha intensidad de
lluvia es inferior a la capacidad mínima de infiltración (I < Ifc). En este caso, e
independientemente de la duración del aguacero, todo el agua caída se infiltra y no se
produce Escorrentía Directa o Superficial.
En el caso b) se ha supuesto que la intensidad de lluvia es constante y superior a la
permeabilidad del suelo en condiciones saturadas (I > Ksat) o lo que es igual que la
intensidad de lluvia es superior a la capacidad mínima de infiltración (I > Ifc). En este
caso también se ha supuesto que la duración del aguacero es inferior al tiempo de
anegamiento (taneg) o tiempo mínimo de duración del aguacero para que se produzca
escorrentía (D < taneg). El tiempo de anegamiento será aquel para el cual se cumple que
la intensidad de lluvia es igual a la capacidad de infiltración (I = If); es decir el punto de
94

11. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
corte de la recta de intensidad constante con la curva de capacidad de infiltración. Para
tiempos superiores a ese valor la intensidad de lluvia es mayor que la capacidad de
infiltración del terreno.
Capacidad de
Infiltración
Tiempo
Ifc
If0
Capacidad de
Infiltración
Tiempo
Ifc
If0
Capacidad de
Infiltración
Tiempo
Ifc
If0
Escorrentía Superficial
I
Ta D
I > I
D > T
fc
a
I > I
D < T
fc
a
I < I
I < K
fc
sat
D
I
Ta
I
D
I : Intensidad de lluvia
D : Duración del aguacero
T : tiempo de anegamiento
K : Permeabilidad saturada
a
sat
Volumen infiltrado
Volumen
infiltrado
Caso a
Caso b
Caso c
Figura 6.8. Infiltración y Escorrentía Directa producida en un aguacero.
95

12. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
En este caso tampoco se produce Escorrentía Directa ya que aunque la intensidad de
lluvia es superior a la tasa de infiltración, la precipitación no se ha producido durante el
suficiente tiempo para que se llegue a anegar el terreno. Se producen almacenamientos
superficiales de agua que no rebosan y que alimentan al subsuelo filtrándose. Todo el
agua caída se infiltra (superficie de color).
En el caso c) se ha supuesto que la intensidad de lluvia es constante y superior a la
capacidad mínima de infiltración (I > Ifc) y que la duración del aguacero es superior al
tiempo de encharcamiento o anegamiento del terreno (D > taneg). En este caso el terreno
se encharca ya que no es capaz de filtrar todo el agua que le llega e incluso rebosa las
oquedades del terreno generando la Escorrentía Superficial. En este caso el volumen de
escorrentía se calcula a partir de la superficie comprendida entre la curva de capacidad
de infiltración y la recta horizontal que representa a la intensidad de lluvia entre el
tiempo de anegamiento y el tiempo de duración del aguacero. El volumen infiltrado será
la superficie existente por debajo de la curva de capacidad de infiltración y el eje de
abscisas entre dichos tiempos (Figura 6.8).
Método de Green-Ampt
Las ecuaciones de la Infiltración expuestas anteriormente proceden de resolver la
ecuación del flujo no saturado (ecuación de Richards). Green y Ampt (1911)
propusieron un esquema simplificado para la Infiltración en el que supusieron que el
frente de saturación es una frontera brusca que divide el suelo con contenido inicial de
humedad θi (correspondiente a una succión ψi) del suelo saturado con contenido de
humedad θs situado por debajo de dicho frente. El contenido de humedad es la cantidad
de agua por unidad de medio.
En la Figura 6.9 se muestra el modelo de ecuación de Green-Ampt. En dicha figura se
representa el contenido de humedad en abscisas, y en ordenadas la profundidad.
Suponiendo que en la superficie del terreno existe una lámina de agua de altura H
constante y que el frente ha recorrido una profundidad L, en un incremento de tiempo
dt, la ecuación de agua que se ha infiltrado será I dt⋅ y que corresponderá con
(Figura 6.9).( ) dzis ⋅θ−θ
En consecuencia,
( ) dzdtI is ⋅θ−θ=⋅ (6.11)
( )
dt
dz
I is ⋅θ−θ= (6.12)
Por otra parte, y considerando la permeabilidad saturada, la ecuación de Darcy establece
( )
L
LH
K
dz
dh
KhgradKI satsatsat
Ψ++
⋅=⋅−=⋅−= (6.13)
96

13. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
y, teniendo en cuenta (6.12), se obtiene,
( )[ ] ( )





θ−θ
⋅
−
Ψ+
⋅⋅= is
sat tK
L
H1
sat eeKI (6.14)
( ) 





Ψ+
+⋅Ψ+−=
θ−θ H
L
1lnHLt
K
is
sat
(6.15)
ecuación que proporciona la variación temporal de la profundidad L del frente de
saturación. La solución de (6.15) para un tiempo dado se puede obtener iterando a partir
de un valor inicial.
En el caso de suponer que el encharcamiento de la superficie cesa existirán dos frentes,
uno de saturación y otro de desaturación que avanzan a la misma velocidad (Figura
6.10).
Profundidad
Humedad
inicial θi
H
Zona mojada
Frente de mojado
Humedad
irreductible
Contenido de humedad0
Humedad en
saturación θs
Incremento
de humedad
L
dz
Figura 6.9. Método de Green-Ampt.
Por último, en el caso de que existan distintas capas de materiales con diferentes
contenidos iniciales de agua y de saturación, la Infiltración se calculará con la siguiente
97

14. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
expresión obtenida a partir de los parámetros que se muestran en la Figura 6.11, y
teniendo en cuenta que la lámina de agua en la superficie es constante:
( )
1221
21
212
KLKb
KK
LbHI
+
++Ψ+= (6.16)
donde b1 es el espesor o potencia de la capa 1, ψ2 es la succión correspondiente a un
contenido de humedad inicial de θi2, y K1 y K2 son las permeabilidades del terreno en
saturación para cada capa, respectivamente.
Profundidad
Humedad
inicial θi
Humedad
irreductible
Contenido de humedad0
Humedad en
saturación θs
Incremento
de humedad
Frente de mojado
L
Frente de desaturación
Zona mojada
dz
dz
Figura 6.10. Modelo de infiltración. Método de Green-Ampt cuando cesa el
encharcamiento.
Índice de Infiltración φ
Al existir una estrecha relación entre la Escorrentía Directa o Superficial con la
Infiltración en una cuenca, para calcular algunas veces la Escorrentía Directa se puede
sustraer de la precipitación caída un valor constante que representa un valor medio de la
intensidad de infiltración y que se denomina índice de infiltración. Dado que esta
intensidad disminuye con el tiempo, los valores de Escorrentía Directa serán estimados
por exceso al principio y por defecto al final (Figura 6.12).
98

15. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Profundidad
Humedad
inicial θi1
Humedad en
saturación θs2
Frente de mojado
L2
Zona mojada
b1
H
Contenido de humedad0
Humedad
inicial θi2
Humedad en
saturación θs1
K1 ψ1
K2 ψ2
Figura 6.11. Modelo de infiltración. Método de Green-Ampt con varias capas.
Intensidad HIETOGRAMA
Escorrentía
Superficial
Almacenamiento
Superficial
Tiempo
φ
Figura 6.12. Índice de infiltración φ.
99

16. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
El índice φ incluye todas las fracciones de precipitación que no llegan a pasar por la
sección de desagüe de la cuenca como son la Interceptación, la Detención Superficial y
la Evapotranspiración. En la Figura 6.12 se ha dibujado el hietograma de un aguacero.
Para determinar el índice se traza una horizontal (Figura 6.12) tal que equivalga el
volumen de agua en forma de Escorrentía, medida en la estación de aforo, con la
superficie existente entre el hietograma y dicha recta horizontal. Por encima de la
intensidad φ, la lluvia se transforma en Escorrentía Superficial (lluvia neta).
Ejemplo:
Un aguacero de 21 cm de lluvia ha producido una Escorrentía Superficial de 3 cm,
medida por el incremento del caudal del río. Dado el hietograma de la lluvia, estimar el
índice de infiltración φ. NOTA: No se tendrá en cuenta la Interceptación, la Detención
Superficial y la Evapotranspiración.
Tabla 6.1. Hietograma.
Tiempo (h) 1 2 3 4 5 6
Incremento de lluvia en cada hora (cm) 1.5 2.5 5 6 4 2
La lluvia total caída es la suma: 1.5+2.5+5+6+4+2 = 21 cm
Si la Escorrentía Superficial es 3 cm, la Infiltración total será: 21 – 3 = 18 cm.
El tiempo que ha durado el aguacero son 6 h, por lo que el índice inicialmente estimado
será:
h/cm3
6
18
==φ
Este valor es superior a la intensidad de lluvia de las dos primeras horas y última del
aguacero (Tabla 6.1), por lo que dichas horas no han de tenerse en cuenta en el cálculo
del índice ya que es ineficiente el cálculo de la Infiltración en dichas horas. Así, el
tiempo que dura la lluvia neta será 3 horas y la lluvia que contribuye a la formación de
Infiltración será
cm1225.25.1321 =−−−−
y el índice,
h/cm4
3
12
==φ
valor para el cual el tiempo de duración de lluvia eficaz sigue siendo 3 h; por lo que la
evolución de la Escorrentía Superficial será
100

17. Capítulo 6. INFILTRACIÓN. FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Tabla 6.2. Evolución temporal de la Escorrentía Superficial.
Tiempo (h) 1 2 3 4 5 6
Escorrentía Superficial (cm) 0 0 1 2 0 0
es decir, 1 + 2 = 3 cm, tal y como se había medido y dicho en el enunciado del
problema. En la Figura 6.13 se ha representado el hietograma y el índice de
infiltración.
0 1 2 3 4 5 6 7
0
1
2
3
4
5
6
7
φ
Intensidad(cm/h)
Tiempo (h)
HIETOGRAMA
Figura 6.13. Hietograma e Índice de infiltración φ.
FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA
Definiciones
Una vez que el agua se ha infiltrado y ha pasado al terreno, puede seguir distintos
caminos tal y como se ha mostrado en la Figura 6.2. El movimiento vertical del agua en
el terreno se denomina Percolación, tal y como ya se dijo en un epígrafe anterior; pero
el agua filtrada puede también seguir un movimiento susbsuperficial debido a la
existencia de capas de distinta permeabilidad en el terreno. El agua que fluye por la
parte edáfica del terreno paralelamente a la superficie del mismo constituye un flujo
epidérmico que puede aflorar en el terreno en forma de manantial (Flujo Subsuperficial
Epidérmico o Escorrentía Superficial Epidérmica). El agua que ha percolado y que se
101

18. HIDROLOGÍA I: CICLO HIDROLÓGICO
encuentra superficialmente capas o lentejones de material menos permeable fluye
también de forma cuasihorizontal debido a que el agua se acumula en dicho lentejón, ya
que no puede atravesarlo con la misma rapidez que el material superior más permeable,
por lo que se genera un gradiente ocasionando un flujo horizontal, denominado
Escorrentía Hipodérmica, y que también puede aflorar en el terreno en forma de
manantial. Es un flujo generado en la zona no saturada, la zona donde los poros, que
presenta el terreno, no están completamente llenos. Tanto la Escorrentía Directa o
Superficial como el Flujo Epidérmico descargan en los cauces de los ríos en pocas
horas, dependiendo de las características de la cuenca. En cambio la Escorrentía
Hipodérmica puede tardar algunos días hasta que se note la descarga en el río.
Cuando el agua percolada alcanza el nivel freático subterráneo (zona saturada) se dice
que dicho flujo constituye la Recarga del acuífero. Esta Recarga hace aumentar el nivel
piezométrico del agua subterránea aumentando el gradiente y, en consecuencia,
activando el flujo subterráneo, denominado Escorrentía Subterránea. Esta Escorrentía es
el flujo más lento de todos, el sistema subterráneo es un sistema inercial que cuyos
efectos en los ríos pueden tardar en notarse días y meses; ya que tiene que atravesar un
medio poroso en lugar de discurrir por la superficie del terreno como la Escorrentía
Superficial.
En la Figura 6.14 se puede observar un croquis de los flujos existentes en la zona no
saturada y saturada del terreno.
SUELO EDÁFICO
INFILTRACIÓN
PERCOLACIÓN
FLUJO
SUBSUPERFICIAL
EPIDÉRMICO
ZONA NO SATURADA
RECARGA
ESCORRENTÍA
HIPODÉRMICA
ZONA SATURADA
ESCORRENTÍA
SUBTERRÁNEA
EVAPOTRANSPIRACIÓN
Figura 6.14. Flujo en el medio no saturado.
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