Infiltración y Agua en el Suelo

La infiltración es la entrada de agua en el suelo, y la dinámica del agua en el suelo en la zona no saturada divide la precipitación entre escorrentía, almacenamiento, evapotranspiración y recarga de agua subterránea.

Definition

La infiltración es el movimiento del agua desde la superficie hacia el suelo, y el agua en el suelo es el agua retenida en la zona no saturada; sus dinámicas, gobernadas por fuerzas capilares y gravitacionales, determinan cómo se distribuye la precipitación en y debajo de la superficie terrestre.

Scope

Este tema abarca el proceso y la tasa de infiltración, la física del movimiento del agua en la zona no saturada (vadosa), las relaciones características del agua en el suelo y el papel del agua en el suelo en la conexión de la hidrología superficial y subsuperficial. Se centra en la columna de suelo no saturado; el flujo de agua subterránea saturada se trata en el área de aguas subterráneas.

Core questions

• ¿Qué controla la velocidad a la que el agua se infiltra en el suelo?
• ¿Cómo se mueve el agua a través de la zona no saturada?
• ¿Cómo se retiene el agua en el suelo contra la gravedad y cómo se caracteriza?
• ¿Cómo conecta el agua en el suelo la escorrentía superficial, la evapotranspiración y la recarga?

Key concepts

• Tasa y capacidad de infiltración
• Zona no saturada (vadosa)
• Potencial mátrico y capilaridad
• Curva característica del agua en el suelo
• Ecuación de Richards
• Capacidad de campo y punto de marchitez

Key theories

Ecuación de Richards

Richards combinó la ley de Darcy para medios no saturados con la continuidad para dar una ecuación diferencial parcial que rige el flujo de agua en la zona vadosa, la base física para modelar la infiltración y el movimiento del agua en el suelo.

Teoría de la infiltración

Los modelos de infiltración analíticos y conceptuales, como la solución de Philip y el enfoque de Green-Ampt, describen cómo la capacidad de infiltración disminuye con el tiempo a medida que el suelo se humedece, prediciendo cuándo la lluvia comienza a generar escorrentía.

Mechanisms

El agua que entra en el suelo es retenida por fuerzas capilares en los poros y es impulsada hacia abajo por la gravedad; la tasa de infiltración es alta inicialmente y disminuye hacia la conductividad saturada a medida que el suelo se humedece y el gradiente mátrico se debilita. La conductividad no saturada y la relación entre el contenido de agua y el potencial mátrico, capturadas por la curva característica del agua en el suelo, rigen la velocidad y la distancia a la que se mueve el agua.

Clinical relevance

La infiltración y el comportamiento del agua en el suelo controlan el inicio y la cantidad de escorrentía superficial y, por lo tanto, las inundaciones, el agua disponible para las plantas y el momento del riego, la recarga de acuíferos y el transporte de productos químicos agrícolas hacia el agua subterránea.

History

Basándose en la extensión de Buckingham de la ley de Darcy a suelos no saturados, Richards formuló en 1931 la ecuación gobernante para el flujo en la zona vadosa. El trabajo de mediados del siglo XX de Philip y de Green y Ampt produjo teorías prácticas de infiltración que conectaron la física del suelo con la generación de escorrentía en cuencas.

Key figures

• Lorenzo A. Richards
• John R. Philip
• S. Lawrence Dingman

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

¿Por qué la infiltración disminuye durante una tormenta?

A medida que el suelo se humedece, sus poros se llenan y el gradiente capilar que atrae el agua se debilita, por lo que la tasa de infiltración disminuye desde un valor inicial alto hacia la conductividad hidráulica saturada del suelo; una vez que la lluvia excede esta tasa, comienza la escorrentía.

¿Qué es la zona vadosa?

La zona vadosa, o no saturada, es el suelo y la roca entre la superficie terrestre y el nivel freático, donde los poros retienen tanto aire como agua; el agua se mueve a través de ella bajo fuerzas capilares y gravitacionales combinadas antes de llegar al agua subterránea saturada que se encuentra debajo.