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Infiltracion de agua en los suelos - medición de la infiltración



INTRODUCCION

En este trabajo presento lo que es la infiltración un proceso por el cual el agua pasa de la superficie al perfil del suelo, representando la facilidad de circulación del agua en el suelo.
Parte fundamental del ciclo hidrológico de bastante importancia a la hora de su estudio esperando que el siguiente trabajo reúna las expectativas y me pueda dar mayor conocimiento de lo que es el suelo y la manera en como el agua se infiltra a través de este.



INFILTRACION

La infiltración es el movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo. La infiltración es un proceso de gran importancia económica. Del agua infiltrada se proveen casi todas las plantas terrestres y muchos animales; alimenta al agua subterranea y a la vez a la mayoría de las corrientes en el período de estiaje; reduce las inundaciones y la erosión del suelo .En el proceso de infiltración se puede distinguir tres fases



Intercambio
. Se presenta en la parte superior del suelo, donde el agua puede retornar ala atmósfera por medio de la evaporación debido al movimiento capilar o por medio dela transpiración de las plantas. 

Transmisión
Ocurre cuando la acción de la gravedad supera a la de la capilaridad y obliga al agua a deslizarse verticalmente hasta encontrar una capa impermeable.


Circulación.
Sepresenta cuando el agua se acumula en el subsuelo debido a la presencia de una capa impermeable y empieza a circular por la acción de la gravedad
obedeciendo las leyes del escurrimiento subterraneo.

 El movimiento cíclico del agua en el suelo comienza con su entrada en el perfil a través del proceso de infiltración, continúa con su almacenamiento temporal en la zona de  enraizamiento y termina con su remoción del suelo por el drenaje,  la  evaporación  o  la absorción por las plantas. Este ciclo consiste en un número  apreciable  de  procesos  diferentes, que pueden ocurrir en forma simultanea e interdependiente. La infiltración o entrada de agua en el suelo ocurre generalmente en la superficie del suelo y tiene dirección vertical  hacia abajo.  El agua puede entrar a través de toda la superficie, en forma uniforme, como cuando el suelo esta inundado o cuando llueva, y también puede penetrar a través de surcos o acequias e incluso puede moverse  hacia  arriba  en  el  perfil del suelo, desde una fuente inferior, como en el caso de una napa freatica alta. 


El proceso de infiltración de agua en el suelo ha sido intensamente estudiado debido a su importancia en el manejo del agua en la agricultura, la conservación del recurso suelo y otras actividades técnicas. La velocidad de infiltración determina la cantidad de agua de escurrimiento superficial y con ello el peligro de erosión  hídrica. En casitodos los métodos de riego la velocidad de entrada de agua al suelo determina los tiempos de riego y los diseños de los sistemas en cuanto al tamaño de las unidades superficiales y  los caudales a utilizar. Ademas el proceso de infiltración es de gran importancia practica dado que su velocidad determina generalmente la cantidad de agua de escurrimiento, pudiendo detectarse así el peligro de erosión durante inundaciones o lluvias muy intensas. En los casos en que la velocidad de infiltración es limitante puede ser afectado todo el sistema de economía de agua de la zona de enraizamiento; para un manejo eficiente del suelo y del agua se requiere un conocimiento detallado del proceso de infiltración, debido a que éste se correlaciona con las propiedades del suelo y con el aporte de agua al sistema.


Factores que afectan la infiltración

El agua, para infiltrarse, debe penetrar a través de la superficie del terreno y circular a través de éste. Hay dos grupos de factores que influyen en el proceso
a) Factores que definen las características del terreno o medio permeable
b) Factores que definen las características del fluido (agua) que se infiltra

Aparatos para medir la infiltración

Para medir la infiltración de un suelo se usan los infiltró metros, que sirven para determinar la capacidad de infiltración en pequeñas areas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo.
 
Los infiltró metros seusan con frecuencia en pequeñas cuencas o en areas pequeñas o experimentales dentro de cuencas grandes. Cuando en el area se presenta gran variación en el suelo y vegetación, ésta se subdivide en subterraneas relativamente uniformes, de las cuales haciendo una serie de pruebas se puede obtener información aceptable.
 
Siendo la infiltración un proceso complejo, es posible inferir con los infiltró metros la capacidad de infiltración de cualquier cuenca en forma cualitativa, pero no cuantitativa. La aplicación mas favorable de este equipo se obtiene en zonas experimentales, donde se puede evaluar la infiltración para diferentes tipos de suelo y contenido de humedad.
 
Los infiltró metros se pueden dividir en dos grupos: de carga constante y simuladores de lluvia.
 
Infiltró metros de carga constante. Permiten conocer la cantidad de agua que penetra en el suelo en un area cerrada a partir del agua que debe agregarse a dicha area para mantener un tirante constante, que generalmente es de medio centímetro.
 
Los infiltró metros de carga constante mas comunes consisten en dos aros concéntricos, o bien en un solo tubo; en el primer tipo, se usan dos aros concéntricos de 23 y 92 cm de diametro respectivamente, los cuales se hincan en el suelo varios centímetros.
 
El agua se introduce en ambos compartimentos, los cuales deben conservar el mismo tirante. El objeto del aro exterior es evitar que el aguadentro del aro interior se expanda en una zona de penetración mayor que el area correspondiente; la capacidad de infiltración del suelo se determina a partir de la cantidad de agua que hay que agregar al aro interior para mantener su tirante constante.
 
El segundo tipo consiste en un tubo que se introduce en el suelo hasta una profundidad igual a la que penetra el agua durante la medición lo que evita que el agua se expanda, en este caso se mide el agua que se le agrega para mantener el nivel constante.
Aunque estos aparatos proporcionan un método simple y directo para determinar la cantidad de agua que absorbe el suelo con estas condiciones, sólo se considera la influencia del uso del suelo, vegetación y algunas variables físicas. Esta forma de medir la infiltración puede cambiar con respecto a la real porque no toma en cuenta el efecto que producen las gotas de lluvia sobre el suelo, como son la compactación y el lavado de finos. Por otra parte, tampoco considera el efecto del aire entrampado, el cual se escapa lateralmente; ademas, es imposible hincar los aros o el tubo sin alterar las condiciones del suelo cerca de su frontera, pudiendo ser afectado un porcentaje apreciable del area de prueba ya que ésta es muy pequeña.


 
 Simuladores de lluvia. Con el objeto de evitar en lo posible las fallas de los infiltró metros    de carga constante, se usan los infiltró metros que simulan la lluvia, aplicando elagua en forma constante al suelo mediante regaderas.
 
El area que estos simuladores cubre varía generalmente entre 0.1 y 40 m2. En estos aparatos la capacidad de infiltración se deduce midiendo el escurrimiento superficial resultante de una lluvia uniforme. Existen diversos tipos de infiltró metros de esta clase, dependiendo del sistema generador de lluvia y la forma de recoger el escurrimiento superficial del area en estudio.


medición de la infiltración
 Para medir la velocidad de infiltración se utilizan varios métodos; se trata siempre de usar alguno aproximado al método de riego que se ha de emplear en la zona o cultivo que se esta trabajando. El grado de confianza de estas mediciones con respecto a la velocidad de infiltración real se relaciona con la superficie que se pretende representar y la variabilidad del perfil, dado que la heterogeneidad de los suelos, incluso dentro de un area comparativamente pequeña, origina un rango de resultados en las mediciones experimentales. La variabilidad de los resultados de campo, resultante de la heterogeneidad del suelo y de las condiciones iniciales de contenido de agua y gradiente, hace que estos resultados sean sólo aplicables para superficies pequeñas y para esas condiciones iniciales. Por esta razón se ha intentado utilizar parametros físicos del suelo y enfocar el problema a través del uso de modelos matematicos (empíricos, semianalíticos yanalíticos) que representan de algún modo un proceso físico de la infiltración.  Los enfoques empíricos desarrollados son en general sencillos y se adaptan a condiciones comunes de suelo, pero no proporcionan  ninguna  interpretación  física  del  fenómeno. Los enfoques semianalíticos y analíticos, en cambio, permiten describir e interpretar cuantitativamente las pruebas experimentales de infiltración con limitaciones  en  algunos  enfoques,  en  las  suposiciones  de homogeneidad e isotropismo del perfil, o en lo elaborado de las resoluciones numéricas.  Estas últimas permiten  interpolar o pronosticar resultados  respecto a otras situaciones diferentes a las experimentales.
Se han presentado  modelos físico-matematicos para simular el proceso de infiltración de agua en el suelo con el objetivo de diseñar sistemas de riego; se compararon satisfactoriamente resultados experimentales de campo, modelos matematicos empíricos, semianalíticos y analíticos del proceso y su modelo de simulación, determinandose que los enfoques semianalíticos y de simulación son los medios mas adecuados para describir este proceso y usar los resultados obtenidos en el diseño de sistemas de riego.
Existe un sinnúmero de métodos que se utilizan para medir la infiltración en el campo; la decisión del método a usar depende de las condiciones físicas del suelo y de la disponibilidad de equipo, materiales y servicios adecuados; por tal causano existe un procedimiento estandar, aplicable en todos los casos. Todos los métodos para medir la infiltración en condiciones de campo se basan en  la  inundación  y estancamiento de agua en la superficie, aplicación de agua por aspersión, y medidas de entrada y salida de agua por surcos y zanjas.
Cilindros infiltró metros
Musgrave ideó en 1935 los cilindros infiltró metros, probablemente los instrumentos mas usados en el estudio de la velocidad de infiltración de los suelos. En los primeros estudios sólo fueron empleados cilindros simples; los resultados obtenidos presentaron una gran variabilidad, posiblemente debido al movimiento lateral de agua no controlado. Con posterioridad se empleó cilindros dobles o multicilindros, con el objeto de minimizar el flujo lateral por medio de un area tampón alrededor del cilindro central. El movimiento de agua desde un cilindro infiltrómetro se produce en dirección descendente, a causa de la aplicación de una lamina de agua medida en el cilindro a diferentes tiempos. Los resultados que se obtienen indican a menudo una considerable variación en  los valores de infiltración, en areas aparentemente uniformes.
 La limitación mas seria para el uso de cilindros es su ubicación en el suelo, que produce un cierto grado de alteración de las condiciones naturales (destrucción de la estructura o compactación); ello provoca a su vez gran variación en las velocidades deinfiltración. El problema del aire atrapado en el interior de la columna del suelo es otra de las limitaciones, dado que el aire que originalmente ocupa el espacio poroso del suelo no puede ser liberado desde éste bajo condiciones de flujo saturado, creando un impedimento para el movimiento vertical de agua. Los cilindros infiltrómetros han sido ampliamente usados para obtener valores de infiltración que permitan el diseño de sistemas y métodos de riego por inundación. Sin embargo estas determinaciones no pueden correlacionarse con velocidades de infiltración que se adapten a otros sistemas de riego.
Surcos infiltró-metros 
 El  método de surcos infiltró metros también se denomina de entrada y salida de agua. Este método, descrito por Shockley, determina  la velocidad de  infiltración mediante el aforo de agua a la entrada y salida de un surco. La diferencia entre la cantidad de agua que entra y la que sale puede considerarse representativa de la infiltración. En este caso sólo una parte del suelo se encuentra en contacto con el agua; la  infiltración total del terreno regado dependera tanto de la infiltración vertical como de la infiltración lateral entre surcos consecutivos. El flujo de agua en el surco, en suelos de textura limosa o arenosa, puede tener algún efecto de sellamiento sobre la superficie del suelo causando con el tiempo una relativa disminución en la velocidad de infiltración. Este método sóloproporciona valores promedios de un rango de infiltración ; se adapta únicamente a las condiciones de infiltración que existen en un surco durante el riego, y no permite usar los valores obtenidos para cualquier otro método de riego. 
  Método de represa o peseta
 Este método consiste en represar agua sobre un area determinada mediante bordes o pretiles construidos alrededor de ella. Mediante un medidor de flotador o una regla se mide el agua infiltrada a medida que su nivel baja. El grado con que baja el nivel de agua en una parcela grande es probablemente la mayor indicación de la velocidad de infiltración. 
      Se ha señalado que las pesetas pequeñas tienen generalmente una limitación similar a la de los cilindros infiltró metros; el factor de aire atrapado puede originar un movimiento vertical retardado. Las pesetas grandes, en cambio, no son practicas debido a las grandes cantidades de agua necesarias para las mediciones y el nivel topografico requerido en el area experimental.


Bibliografía
https://cmackay.orgfree.com/riego/html/infiltr.htm
https://geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/INFIL.htm


CONCLUSION
En el trabajo anterior he podido apreciar la gran importancia de lo que es la infiltración del agua en el suelo, su gran importancia económica debido al importante uso que los humanos hacemos del suelo gracias a la infiltración, y su diversas formas de estudio,
 





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