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Modelo E4 - Zona No Saturada e Infiltración

El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.

ID:4654

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El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.



Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.



La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.







La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.



Grupo 1: Grupo 1: Zona vadosa y estado de saturación

Delimita el medio no saturado entre superficie y nivel freático y conserva la coexistencia de agua y aire en los poros.



Grupo 2: Grupo 2: Flujo no saturado y ecuación de Richards

Representa el movimiento de agua como combinación no lineal de gravedad, gradiente matricial y conductividad hidráulica dependiente del estado hídrico.



Grupo 3: Grupo 3: Infiltración y humectación progresiva

Describe la entrada de lluvia o riego, el gradiente inicial de succión y el decaimiento de la capacidad de infiltración hacia la conductividad saturada.



Grupo 4: Grupo 4: Modelos clásicos de infiltración

Separa Green-Ampt, Philip y Horton como representaciones distintas de la infiltración, preservando sus hipótesis y formas temporales.



Grupo 5: Grupo 5: Exceso de lluvia y escorrentía hortoniana

Conecta intensidad de lluvia, capacidad de infiltración y generación de exceso superficial cuando la entrada supera lo que el suelo puede admitir.



Grupo 6: Grupo 6: Flujo preferencial y transporte rápido

Representa macroporos que evitan la matriz y permiten transporte rápido de agua y contaminantes hacia acuíferos.



Grupo 7: Grupo 7: Evaporación del suelo por etapas

Conserva las tres etapas sucesivas de evaporación y el cambio de control desde demanda atmosférica a conductividad hidráulica y finalmente difusión de vapor.

ID:1703

Descripción

Delimita el medio no saturado entre superficie y nivel freático y conserva la coexistencia de agua y aire en los poros.



Pregunta clave: ¿qué medio físico contiene simultáneamente agua y aire?

Delimita el medio no saturado entre superficie y nivel freático y conserva la coexistencia de agua y aire en los poros. 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. 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.

ID:2476

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Representa el movimiento de agua como combinación no lineal de gravedad, gradiente matricial y conductividad hidráulica dependiente del estado hídrico.



Pregunta clave: ¿cómo se mueve el agua por la matriz no saturada?

Representa el movimiento de agua como combinación no lineal de gravedad, gradiente matricial y conductividad hidráulica dependiente del estado hídrico. 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. 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. 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.

ID:2477

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Describe la entrada de lluvia o riego, el gradiente inicial de succión y el decaimiento de la capacidad de infiltración hacia la conductividad saturada.



Pregunta clave: ¿cómo entra el agua y cómo cambia la tasa al humedecerse?

Describe la entrada de lluvia o riego, el gradiente inicial de succión y el decaimiento de la capacidad de infiltración hacia la conductividad saturada. 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. 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.

ID:2478

Descripción

Separa Green-Ampt, Philip y Horton como representaciones distintas de la infiltración, preservando sus hipótesis y formas temporales.



Pregunta clave: ¿qué representaciones clásicas describen la infiltración?

Separa Green-Ampt, Philip y Horton como representaciones distintas de la infiltración, preservando sus hipótesis y formas temporales. 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. 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.

ID:2479

Descripción

Conecta intensidad de lluvia, capacidad de infiltración y generación de exceso superficial cuando la entrada supera lo que el suelo puede admitir.



Pregunta clave: ¿cuándo el aporte superficial se transforma en escorrentía?

Conecta intensidad de lluvia, capacidad de infiltración y generación de exceso superficial cuando la entrada supera lo que el suelo puede admitir. 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. 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. 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.

ID:2480

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Representa macroporos que evitan la matriz y permiten transporte rápido de agua y contaminantes hacia acuíferos.



Pregunta clave: ¿cómo puede el agua evitar la matriz y transportar contaminantes rápidamente?

Representa macroporos que evitan la matriz y permiten transporte rápido de agua y contaminantes hacia acuíferos. 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. 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. 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.

ID:2481

Descripción

Conserva las tres etapas sucesivas de evaporación y el cambio de control desde demanda atmosférica a conductividad hidráulica y finalmente difusión de vapor.



Pregunta clave: ¿cómo cambia el control de la evaporación a medida que el suelo se seca?

Conserva las tres etapas sucesivas de evaporación y el cambio de control desde demanda atmosférica a conductividad hidráulica y finalmente difusión de vapor. 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. 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.