Hidrologia infiltracion

Infiltracion en el Ciclo Hidrologico

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” 7MO SEMESTRE SECCION “S” ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL TURNO: NOCTURNO INFILTRACIÓN EN EL CICLO HIDROLÓGICO Integrante: Wendy Portilla Profesora: Enid Moreno

2. Infiltración El agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior. De esta última fracción se dice que se ha filtrado. El interés económico del fenómeno, es evidente si se considera que la mayor parte de los vegetales utilizan para su desarrollo agua infiltrada y que el agua subterránea de una región tiene como presupuesto previo para su existencia, que se haya producido infiltración. INFILTRACIÓN   es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie de la tierra, y queda retenida por ella o alcanza un nivel acuífero incrementando el volumen acumulado anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas denominaciones:  percolación, infiltración eficaz, infiltración profunda, etc.

3. Subproceso de Infiltración El proceso 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. En la infiltración ocurren tres subprocesos: la entrada de agua al suelo, la retención de agua y el movimiento del agua a través del suelo. Se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, milímetro por hora o cm/h, centímetro por hora.

4. Subproceso de Infiltración EN LA INFILTRACIÓN OCURREN TRES SUBPROCESOS: La entrada de agua al suelo, La retención de agua, y el movimiento del agua a través del suelo. (Se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, milímetro por hora o cm/h, centímetro por hora).

5. Infiltrómetros El  Infiltrómetro  es un dispositivo que permite medir la  capacidad de infiltración  de los   suelos . Existen diversos tipos de Infiltrómetro, entre los que se pueden mencionar: Infiltrómetro de cilindro o de inundación, estos a su vez pueden ser de cilindro simple o de doble cilindro. Infiltrómetro de disco. También se puede determinar la capacidad de infiltración con un simulador de lluvia. Este procedimiento consiste en aplicar sobre el suelo una cantidad conocida de agua. La tasa de infiltración se obtiene restando a la cantidad de agua aplicada el volumen de agua que escurre superficialmente.

6. Definición de Hietograma Hietograma:  es un  diagrama de barras   que representa las variaciones de la altura de  precipitación  (p.e. en mm) o de su intensidad (mm/h) en intervalos de tiempo previamente seleccionados. Permite conocer la precipitación de un lugar a través del tiempo de la tormenta.

7. Forma de Obtener el Hietograma Fijada la duración de la tormenta, obtener los Hietograma es fácil: Por cierto, su fórmula es la siguiente (L = longitud de cauce en km, J = desnivel del cauce en m/m): Una vez determinada la duración de la tormenta (cómo el tiempo de concentración de la cuenca), obtener hietogramas a partir de curvas IDF es cosa fácil, sólo hay que seguir estos pasos: Divide el tiempo de duración en intervalos  de tiempo Δt Selecciona el periodo de retorno  del cual obtener el hietograma Obtén de su curva IDF los valores de intensidad de precipitación para cada intervalo  Δt, 2Δt, 3Δt,… hasta la duración total de la precipitación Calcular la profundidad o volumen de precipitación caída en cada intervalo , multiplicando la intensidad por la duración del intervalo (en horas) Resta los valores sucesivos de profundidad de precipitación  (en mm) calculados antes Reordena los resultados de manera que el mayor valor esté en medio de la serie , y se vayan alternando en orden descendente alternativamente a lado y lado de ese máximo

8. Forma de Obtener el Hietograma Si todo ha ido bien deberás tener una tabla de resultados cuya representación en gráfico de barras es el siguiente:

9. Definición de Hidrograma   Hidrograma:  es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de  agua ,  caudal ,  carga de sedimentos , entre otros. para un  río ,  arroyo , rambla  o  canal , si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L 3 /T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrograma de tormenta e hidrograma anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.

10. Forma de Obtener el Hidrograma Determinación del hidrograma de descarga de una cuenca. En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado. Sin embargo es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variación en el tiempo del caudal en una determinada sección en la cual se pretende construir una  obra hidráulica  o proteger un bien existente.

11. Forma de Obtener el Hidrograma Los métodos que se utilizan para estos cálculos son: El  racional ; Hidrograma unitario ; Modelos matemáticos   de   cuencas hidrográficas .

12. Definición de índice Infiltración   El  índice de infiltración o capacidad media de infiltración  es utilizado para calcular el escurrimiento en grandes áreas, donde sería difícil aplicar la curva de capacidad de infiltración. Este es equivalente a la velocidad media de infiltración.

13. Forma De Obtener El Índice De Infiltración   Obtención de la Curva de Capacidad de Infiltración Media 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  h p   y según el hidrograma, la lluvia en exceso,  h e , a que dio lugar. A continuación se calcula el volumen de infiltración  F , expresado en lámina de agua, que es:   En la ecuación anterior  h f  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 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. Según lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltración se expresa como:

14. Forma De Obtener El Índice De Infiltración Donde: t    = duración de la infiltración (h) d e  =  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 = h f  / t

15. Forma De Obtener El Índice De Infiltración media Índice de infiltración media El  índice de infiltración media  está basado en la hipótesis de que para una tormenta con determinadas condiciones iníciales la cantidad de recarga en la cuenca 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.

16. Forma De Obtener El Índice De Infiltración media Para obtener el índice ø se procede por tanteos suponiendo valores de él y deduciendo la lluvia en exceso del hietograma de la tormenta. Cuando esta lluvia en exceso sea igual a la registrada por el hidrograma, se conocerá el valor de ø. Según la Figura 2, el valor correcto de ø se tendrá cuando: 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 ).   Debe señalarse que como la lluvia varía con respecto al tiempo y el índice  es constante, cuando la variación de la lluvia en un cierto intervalo de tiempo sea menor que  ø, se acepta que todo lo llovido se infiltró. El problema se presenta cuando se desea evaluar el volumen de infiltración, ya que si se evalúa a partir del índice ø se obtendrá por este hecho un volumen mayor que el real. Para calcular el volumen de infiltración real, se aplica la siguiente ecuación:  

17. Forma De Obtener Capacidad de infiltración en cuencas grandes Capacidad de infiltración en cuencas grandes Para cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en toda el área,   Horton  propone un criterio para calcular la capacidad de infiltración media,  f a , que se tiene para una tormenta cualquiera. Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su distribución satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de un  pluviógrafo .  Esto implica estimar que la distribución de lluvia registrada en el  pluviógrafo  sea representativa de la distribución en toda la cuenca. Por otra parte, considera que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la precipitación y la infiltración que ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltración antes y después de la lluvia en exceso. Entonces, el valor de  f a  que se encuentra es tal que multiplicado por la duración de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total para el mismo periodo, proporciona el escurrimiento superficial total.

18. Forma De Obtener Capacidad de infiltración en cuencas grandes La estación  pluviográfica   recibe el nombre de   estación base   y las   pluviométricas   se llaman   subestaciones . Con el fin de tener un criterio de cálculo general para la cuenca en estudio, conviene transformar a porcentajes la curva masa de la estación base. Una vez hecho estos cálculos, se suponen alturas de lluvia y a partir de la curva masa en porcentaje, se obtiene la variación respecto al tiempo. A continuación se proponen capacidades de infiltración media y se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso. Lo anterior permite obtener gráficas de alturas de lluvias totales contra alturas de lluvia en exceso para diferentes capacidades de infiltración media. Así, conocida la altura de precipitación media en la cuenca para la tormenta en estudio, y su correspondiente altura de lluvia en exceso a partir del hidrograma del escurrimiento directo es posible obtener su capacidad de infiltración media.

19. Forma De Obtener Capacidad de infiltración en cuencas grandes Este criterio es similar al del índice de infiltración media, sólo que ahora los tanteos se llevan a gráficas que en el caso de tener una tormenta con una duración grande es muy conveniente, ya que disminuye el tiempo de cálculo. Por otra parte, permite disponer de una gráfica que relaciona para cualquier tormenta su lluvia en exceso, su lluvia total y su correspondiente capacidad de infiltración media.

20. Modelo de Horton El modelo de Horton permite simular la curva de capacidad de infiltración del suelo. Es un modelo de tipo empírica , que se basa en conceptos simplificados que permiten expresar la capacidad de infiltración como una función del tiempo , constantes empíricas y parámetros del suelo. La expresión de horton en los parámetros es la siguiente: -k.t f=fc+(fo- fc).e

21. Modelo de Horton Donde: f: es la capacidad de infiltración en el tiempo 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 de crecimiento la capacidad de infiltración Los parámetros fo y k, dependen del contenido de agua inicial del suelo, así como también de la taza de aplicación. Los parámetros de la ecuación se evalúan usualmente desde datos de infiltración experimentales.(Haat et al., 1982)

22. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” 7MO SEMESTRE SECCION “S” ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL TURNO: NOCTURNO INFILTRACIÓN EN EL CICLO HIDROLÓGICO Integrante: Wendy Portilla Profesora: Enid Moreno