E4 Zona no Saturada e Infiltración

Tópico

La zona no saturada, también llamada zona vadosa, es el volumen de suelo que se extiende entre la superficie y el nivel freático, un volumen en el que los poros del suelo contienen agua y aire al mismo tiempo, en vez de estar completamente llenos de uno solo de los dos.

El movimiento del agua dentro de esta zona no saturada sigue la ecuación de Richards, ya mencionada en documentos anteriores, una ecuación de difusión no lineal que combina el flujo gravitacional, siempre dirigido hacia abajo, con el flujo matricial, dirigido hacia donde el potencial mátrico es menor, sin importar en qué dirección quede eso; es precisamente esta ecuación la que revela una no linealidad extrema, porque la conductividad hidráulica del suelo puede llegar a variar en varios órdenes de magnitud al pasar de condiciones saturadas a condiciones secas.

La infiltración es el proceso por el que el agua de la lluvia o del riego penetra en la superficie de esta misma zona no saturada; es precisamente la intensidad del gradiente de succión matricial la que hace que la tasa de infiltración sea alta al principio, cuando el suelo todavía está seco, y que esa misma tasa vaya decayendo de manera asintótica hasta acercarse al valor de la conductividad hidráulica saturada del suelo, a medida que ese suelo se va humedeciendo.

Los modelos clásicos que describen esta infiltración son tres: el modelo de Green-Ampt, que asume un frente húmedo abrupto y puede resolverse de manera analítica; el modelo de Philip, que expande la infiltración como una serie de potencias de la raíz cuadrada del tiempo; y el modelo de Horton, que describe la infiltración como un decaimiento exponencial ajustado de manera empírica.

Cuando la intensidad de la lluvia supera la propia capacidad de infiltración del suelo, es precisamente ese exceso de agua el que forma la escorrentía superficial, del mismo tipo que ya se describió al hablar de las inundaciones, que en este contexto se conoce como escorrentía hortoniana en honor a ese mismo modelo de decaimiento exponencial.

El flujo preferencial, en cambio, ocurre cuando el agua se mueve con rapidez a través de macroporos —grietas, canales dejados por raíces, o galerías excavadas por lombrices— evitando por completo la matriz del suelo que la ecuación de Richards describe; es precisamente esa capacidad de evitar la matriz del suelo la que hace que el flujo preferencial pueda transportar contaminantes hacia los acuíferos mucho más rápido de lo que esa misma ecuación de Richards llegaría a predecir.

La evaporación que ocurre directamente desde el suelo, por su parte, atraviesa tres etapas sucesivas: en la primera etapa, la evaporación queda controlada por la demanda de la atmósfera y su tasa iguala a la evapotranspiración potencial; en la segunda etapa, es la propia conductividad hidráulica del suelo la que controla una tasa de evaporación cada vez más decreciente; y en la tercera etapa, la evaporación cae a tasas muy bajas, limitada únicamente por la difusión del vapor de agua a través del suelo ya casi seco. Así, desde la zona no saturada con la que arranca este documento hasta esta última etapa de evaporación con la que termina, pasando por la ecuación de Richards, los modelos de infiltración y el flujo preferencial que la evita, la zona no saturada y la infiltración hacen que el destino de cada gota de lluvia —infiltrarse, escurrir por la superficie, o evaporarse de vuelta— quede determinado por el mismo suelo que esa gota atraviesa.

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