AG1012, UJI, Edafología, El agua del suelo,

1. 7. EL AGUA EN EL SUELO
 Formas de agua en el suelo
 Estado energético del agua en el suelo
 Curvas de retención
 Flujo de agua en el suelo
 Infiltración
 Perfil de humedad
 Balance hídrico
AG1012 Geología, Edafología y Climatología
Prof. Ignacio Morell Evangelista

2. Formas de agua en el suelo
• Agua de retención: agua retenida en los poros o alrededor de las
partículas del suelo en contra de la acción de la gravedad
• Agua higroscópica: agua inmóvil que rodea a las partículas del suelo y sólo se
desplaza en estado vapor (retención por medio de enlaces químicos entre los
dipolos del agua y las valencias libres de los minerales)
• Agua pelicular: rodeando las partículas del suelo y el agua higroscópica con
una pequeña película que no sobrepasa 0.1 micras (retención por fenómenos
de tensión superficial)

3. • Agua capilar: agua retenida en conductos de pequeño tamaño
(microporos) por fenómenos de capilaridad y tensión superficial
• Agua capilar aislada o colgada. Ligada a la ZNS. Eliminar por centrifugación.
• Agua capilar continua. Ligada a la ZS, así su presencia puede alcanzar varios
metros de altura en materiales arcillosos y milímetros en gravosos.
• Agua gravífica: agua que se desplaza libremente por el suelo bajo efecto
de la gravedad
Formas de agua en el suelo

4. Estado energético del agua en el suelo
La energía asociada al agua del
suelo es una medida de las
fuerzas a las que está sometida
Fuerzas actuantes
Fuerzas derivadas del campo gravitatorio
Fuerzas derivadas de la matriz (rígida o no rígida)
Fuerzas derivadas de los iones en disolución: composición del agua
Fuerzas externas: gases, capa freática
Tiene incidencia sobre:
Disponibilidad de agua para las plantas
Movimiento del agua en el suelo
Propiedades mecánicas del suelo

5. Concepto de potencial del agua en el suelo
El potencial total es la cantidad de trabajo necesario, por unidad de
cantidad de agua pura, que debe realizarse por fuerzas externas la
sistema para transferir reversible e isotérmicamente una cantidad
infinitesimal de agua desde el estado de referencia a la fase líquida
del suelo en el punto considerado
Unidades
Energía/masa J/kg-1
Energía/volumen J m-3
= N m m-3
= N m-2
= Pa (Pascal)
Energía/peso J N-1
= N m N-1
= m
Ψt = Ψg + Ψp +Ψo + Ψp
Ψt = potencial total (efecto de la gravedad)
Ψg = potencial gravitatorio
Ψp = potencial matricial (interacciones del agua con la matriz sólida)
Ψo = potencial osmótico o de soluto
Ψp = potencial de presión

6. En la práctica, sólo se suele considerar el potencial de succión (F),
incluido en el matricial, y el potencial gravitacional (z), de manera
que el potencial total (h) se puede expresar como:
h = z - F
en donde h está expresado en unidades de energía por unidad de
peso (cm ó m).
Si la altura de referencia es asumida como z = 0 en la superficie del
suelo:
h = F
Esta presión se la denomina presión capilar, succión o tensión (F)
que se expresa en centímetros de altura de agua y refleja la
tendencia del medio no saturado a succionar agua o a repeler aire.
Concepto de potencial del agua en el suelo

7. Medida de potencial del agua en el suelo

8. • Curva de retención o curva de succión-humedad, representa la
evolución del contenido volumétrico o grado de saturación en función
de la succión y refleja la capacidad del suelo para retener agua en
función de la succión ejercida
• Característica de cada suelo
• Su forma depende de la estructura del suelo y de la geometría y
distribución de los tamaños de los poros
Curvas de retención

9. .
.
..
.
.
.
.
.
secado
humedecimiento
limo arenoso
0.44
0.40
0.36
0 -60 -120 -180 -240
h (cm)
θ(cm3
/cm3
)
Determinación en campo
Determinación en laboratorio
Referencias
•Histéresis: Se debe a que los ángulos de
contacto del agua con la fase sólida son
distintos en mojado y en secado
•Usos
• Determinar el índice de humedad
disponible en suelo
• Estimar ciertos valores de humedad
característicos de la relación suelo-
agua-planta (cc, pm)
• Clasificar los suelos
• Detectar cambios en la estructura del
suelo
• Determinar la relación entre la
tensión de la humedad y otras
propiedades físicas
Curvas de retención

10. Curvas de retención

11. -1 -10 -100 -1000 -10000 -100000 -1000000
20
40
60
Capacidad de campo
Punto de marchitamiento
Punto higroscópico
Potencial (kPa)
θ (%) Agua
gravitacional
Agua
disponible
No disponible
Curvas de retención

12. Retención de agua en el suelo
• Capacidad de campo: grado de humedad de una muestra que ha perdido
su agua gravífica (agua que queda en el terreno después de un riego o
lluvia y podrá ser aprovechada por las plantas).
• Punto de marchitamiento: grado de humedad de un suelo que rodea la
zona radicular de la vegetación, tal que la succión de las raíces es menor
que le retención del agua por el terreno y en consecuencia la planta no
puede extraerla.
• Punto higroscópico: grado de humedad que corresponde al agua
higroscópica, la cual no se desplaza
Suelo no saturado

13. ZNS
Franja capilar
ZS
Prof
00 - +
PresiónHumedad

14. • Curva de conductividad - succión
Potencial h (cm)
K (θ)
Suelo arenoso
Suelo arcilloso
10-3
10-5
10-7
10-1
101
103
-105
-103
-101
Otras curvas características

15. • La succión y el potencial total del agua son los
responsables de la retención y del movimiento del
agua en el suelo
• Condiciones externas (lluvia, ET, ascenso capilar)
• Propiedades hidrodinámicas del suelo
• Flujo microscópico y flujo macroscópico
• La ley de Darcy se cumple en condiciones de
equilibrio para el flujo macroscópico
Flujo de agua en el suelo

16. z
h
Kq
∂
∂
−= )(θ Ley de Darcy para régimen estacionario
q Flujo de Darcy o volumen de agua que circula a través de una
superficie unidad por unidad de tiempo (cm3
/cm2
día)
K(θ) Conductividad hidráulica (cm/día)
h Potencial (tensión, en cm)
z Distancia, cm
∂θ
∂
∂
∂t
q
z
= − ( )
∂θ
∂
∂
∂
∂
∂t z
K h
h
z
= +











1
Ecuación de Richards, para cuando el contenido de humedad
o la tensión cambian con el tiempo (régimen no estacionario)
Flujo de agua en el suelo

17. El índice de infiltración (I) es el flujo de agua por unidad de tiempo y de área
total
•Factores
• Características del suelo
• Tipo de cubierta vegetal
• Estado de humedad del suelo
• Existencia de grietas
• K
• Granulometría, etc.
• Características de la lluvia o cantidad de agua de riego
• Calidad del agua
• Contenido salino,
• Temperatura
• Sodicidad
• Características del medio
• Pendiente
• Vegetación
• Factores interferentes: laboreo, paso de maquinaria, etc.
Flujo de agua en el suelo

18. Cálculo de la infiltración
 Mediante la integración numérica de la ecuación de Richards
(mayor rigor)
 Formulas empíricas
 Ecuación de Horton
 Experimentalmente
 Lisímetros
 Infiltrómetros, miden la capacidad del suelo para infiltrar.
 Concentración de cloruros, se supone que el acuífero no
aporta cloruros, y los que existen proceden de la infiltración
del agua de lluvia.
[ ]
[ ]as
p
Cl
Cl
I =

19. Perfil de humedad

20. Perfil de humedad. Redistribución

21. Balance hídrico del suelo

22. Balance hídrico del suelo