UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
PRINCIPIOS A LA INGENIERIA DE RIEGOS
INTRODUCCION
La infiltración se define como el proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores. Muchos factores del suelo afectan el control de la infiltración, así como también gobiernan gobiernan el movimiento del agua dentro del mismo y su distribución durante y después de la infiltración. Si se aplica agua a determinada superficie de suelo, a una velocidad que se incrementa en forma uniforme, tarde o temprano se llega a un punto en que la velocidad de aporte comienza a exceder la capacidad del suelo para absorber agua y, el exceso se acumula sobre la superficie, este exceso escurre si las condiciones de pendiente lo permiten. Entonces la capacidad de infiltración conocida t ambién como “infiltrabilidad del suelo” es simplemente el flujo que el perfil del suelo puede absorber a través de su superficie, cuando es mantenido en contacto con el agua a presión atmosférica. Mientras la velocidad de aporte de agua a la superficie del suelo sea menor que la infiltrabilidad, infiltrabilidad, el agua se infiltra tan rápidamente como es aportada, esto nos dice que la velocidad de aporte determina la velocidad de infiltración (o sea, el proceso es controlado por el flujo). En el presente trabajo, todos los integrantes se involucraron en la práctica de infiltración, así mismo se introdujeron conocimientos asimilados previamente, De tal modo el informe designará el proceso de entrada de agua verticalmente al suelo. El principio de funcionamiento consiste en un cilindro infiltrómetro, el cual se utilizó para medir la infiltración. Este método se ha empleado y se sigue empleando en numerosas investigaciones, por su sencillez, bajo costo y manejo.
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OBJETIVOS
Determinar la velocidad de infiltración mediante el método del cilindro infiltrómetro.
FUNDAMENTO TEORICO
INFILTRACIÓN DEL AGUA EN EL SUELO
Es el proceso a través del cual el riego o agua de lluvia, ingresa al suelo a través de la superficie, hacia sus capas inferiores, en forma vertical y horizontal.
LA INFILTRACIÓN SEGÚN LA TEXTURA DEL SUELO
Efectivamente, esta será más rápida en suelos arenosos y más lentos en los arcillosos. Otro aspecto que es importante destacar y que tiene que ver directamente con la velocidad de infiltración, es el contenido de humedad del suelo al momento del riego.
FACTORES AFECTAN LA INFILTRACIÓN:
Sellamiento superficial: La formación de una fina y compacta capa sobre la superficie del suelo, afecta negativamente la infiltración, al reducir rápidamente la penetración de agua a través de la superficie. Compactación del suelo: El laboreo del suelo con implementos, facilita la infiltración. Sin embargo araduras y rastrajes permanentes hasta una profundidad similar en suelos húmedos con ciertas características de textura, pueden producir una compactación y formación de una capa impermeable denominada “pie de arado”, que afecta negativamente la infiltración.
Sales del suelo y agua: Las sales que puede contener el agua de riego se van acumulando en el perfil del suelo; algunas pueden ser benéficas al cultivo, sin embargo hay otras como el sodio que altera la estructura del suelo y tiene un efecto negativo sobre la infiltración. Sedimentos en el agua de riego: En algunos lugares las partículas de limo y arcilla que se mantienen en suspensión en el agua de riego, provocan un encostramiento el cual disminuye en forma notoria la infiltración del agua. Materia orgánica y rotación de cultivos: La materia orgánica mantiene la porosidad del suelo durante períodos largos, dependiendo del estado de descomposición en que se encuentre. Esto hace que la velocidad de infiltración no se altere y, más aún, que aumente. Textura del suelo: La textura o combinación de partículas de arena, limo y arcilla tienen gran impacto en las características del suelo con respecto a la infiltración. Texturas más gruesas, la infiltración será más rápida y texturas más finas tendrán infiltración más lenta.
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PROCEDIMIENTOS
Después de haber elegido el lugar de ejecución, se procede de la siguiente manera: a. Instalación de cilindros Marcar el cilindro 15 cm o aproximadamente a la mitad, luego se introduce. La introducción debe realizarse verticalmente de manera que no se alteren las condiciones de la superficie del terreno. Una vez instalado se remueve el suelo que se encuentra adyacente a las paredes y se coloca la regla en la parte interna del cilindro, sujetándola con la cinta adhesiva. Se extiende la lámina de plástico sobre la superficie del suelo del cilindro.
b. Llenado de cilindros Después de colocado el plástico, se procede a su llenado con agua hasta una lámina aproximada de 10 a 15 cm.
c. Lecturas del nivel de agua Se realiza la primera lectura. Se retira el plástico e inmediatamente se realiza otra lectura. Las siguientes mediciones se realizaran con los intervalos de tiempo determinados. Cuando se halla infiltrado de 2.5 a 3 cm, se procede a llenar rápidamente hasta el nivel inicial, y se debe realizar una lectura antes e inmediatamente después del llenado, a fin de que el tiempo de llenado sea considerado cero. La duración de la prueba no deberá ser menor de dos horas.
d. Calculo y registro de datos Los datos de campo se anotaran. En base a estos datos se procede al cálculo por mínimos cuadrados.
e. Evaluación de los datos de infiltración Efectuar un diagrama: lamina infiltrada acumulada I CUM vs tiempo acumulado t o y trazar la curva de mayor ajuste. Determinar la función matemática respectiva y su coeficiente de determinación r 2. Efectuar un diagrama de la velocidad de infiltración promedio, trazar la curva de mayor ajuste, y determinar r 2.
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DESARROLLO: DETERMINACION DE LA LÁMINA INFILTRADA ACUMULADA (I CUM)
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Analíticamente se desarrolla el método de los mínimos cuadrados.
Dado el modelo:
El cálculo de los parámetros se hace mediante la técnica de los cuadrados mínimos y para lo cual se utiliza las siguientes relaciones:
∑ ∑ ∑∑ ∑ El parámetro “A” de la lámina infiltrada se calcula:
∑ ∑ Dónde:
Para conocer el grado de confiabilidad del modelo hallado, se calcula su coeficiente de determinación (r 2)
∑ ∑ ∑ [ ] ∑ ∑ ∑ ∑ [ ] [ ]
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En la siguiente tabla estarán determinados los valores en función a la lámina infiltrada acumulada.
Tiempo Acumulado (min)
Lámina infiltrada Acumulada (cm)
(T0)
(Icum)
1
1,3 1,7 2,1 2,4 2,8 3 3,4 4,4 5,2 6 7,2 8,3 9,5 11,7 13,9 16,2 20,6
2 3 4 5 6 7 10 13 16 21 26 31 41 51 61 81 ∑
= X 0,000 0,301 0,477 0,602 0,699 0,778 0,845 1,000 1,114 1,204 1,322 1,415 1,491 1,613 1,708 1,785 1,908 18,263
0,114 0,230 0,322 0,380 0,447 0,477 0,531 0,643 0,716 0,778 0,857 0,919 0,978 1,068 1,143 1,210 1,314 12,129
X*Y
X2
Y2
0,000 0,069 0,154 0,229 0,313 0,371 0,449 0,643 0,798 0,937 1,134 1,300 1,458 1,723 1,952 2,159 2,507 16,197
0,000 0,091 0,228 0,362 0,489 0,606 0,714 1,000 1,241 1,450 1,748 2,002 2,224 2,601 2,916 3,187 3,642 24,501
0,013 0,053 0,104 0,145 0,200 0,228 0,282 0,414 0,513 0,606 0,735 0,845 0,956 1,141 1,306 1,463 1,726 10,729
Por medio de las siguientes fórmulas se calculará la función de Lámina infiltrada:
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ El parámetro “A” de la lámina infiltrada se calcula:
∑ ∑ Dónde:
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Para conocer el grado de confiabilidad del modelo hallado, se calcula su coeficiente de determinación (r 2)
∑ ∑ [∑ ] ∑ ∑ [ ∑ ] [ ∑ ] Significa que el modelo es altamente confiable.
La Tabla siguiente muestra los resultados obtenidos de la función de lámina infiltrada acumulada.
Tiempo acumulado (T0) (min)
Icum=
(cm)
1
1,040
2
1,632
3
2,124
4
2,561
5
2,960
6
3,333
7
3,684
10 13
4,646 5,509
16
6,305
21
7,524
26
8,645
31
9,692
41
11,624
51
13,395
61
15,049
81
18,095
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Gráfica Nº3: Papel milimetrado 20 18 16
) m14 c ( M12 U C
10 8 6 4 2 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
TO (min)
Gráfica Nº4: Papel logarítmico 100
) m c (
M U C
10
1 1
10
100
TO (min)
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DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACION ( )
La Tabla siguiente muestra los datos de Tiempo acumulado y Velocidad de infiltración Instantánea, a partir de estos se procede a realizar la gráfica.
Tiempo acumulado
Velocidad de infiltración Instantánea
(To) (min)
(I) (cm/h)
1
78
2
24
3
24
4
18
5
24
6
12
7
24
10
20
13
16
16
16
21
14,4
26
13,2
31
14,4
41
13,2
51
13,2
61
13,8
81
13,2
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Gráfica Nº5:
I
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(cm/h) vs TO (min)
Papel milimetrado 90 80 70 60
) h 50 / m c ( 40 I 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
TO (min)
Gráfica Nº6:
I
(cm/h) vs TO (min)
Papel logarítmico 100
) h / m 10 c ( I
1 1
10
100
TO (min)
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Analíticamente el método de los mínimos cuadrados: TIEMPO ACUMULADO (To)
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN ( )
(min)
(cm/h)
X = Log To
Y = Log I
X*Y
X2
Y2
1
78 24 24 18 24 12 24 20 16 16 14,4 13,2 14,4 13,2 13,2 13,8 13,2
0,000 0,301 0,477 0,602 0,699 0,778 0,845 1,000 1,114 1,204 1,322 1,415 1,491 1,613 1,708 1,785 1,908 18,263
1,892 1,380 1,380 1,255 1,380 1,079 1,380 1,301 1,204 1,204 1,158 1,121 1,158 1,121 1,121 1,140 1,121 21,396
0,000 0,415 0,659 0,756 0,965 0,840 1,166 1,301 1,341 1,450 1,532 1,586 1,728 1,807 1,913 2,035 2,139 21,632
0,000 0,091 0,228 0,362 0,489 0,606 0,714 1,000 1,241 1,450 1,748 2,002 2,224 2,601 2,916 3,187 3,642 24,501
3,580 1,905 1,905 1,576 1,905 1,165 1,905 1,693 1,450 1,450 1,342 1,256 1,342 1,256 1,256 1,299 1,256 27,538
2 3 4 5 6 7 10 13 16 21 26 31 41 51 61 81 ∑
Dado el modelo:
El problema consiste en calcular los parámetros “a” y “b”, para lo cual se utiliza la técnica de
los mínimos cuadrados.
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑
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Para conocer el grado de confiabilidad del modelo hallado, se calcula su coeficiente de determinación (r 2)
∑ ∑ ∑ [ ] ∑ ∑ [ ∑ ] [ ∑ ] b
Tiempo acumulado (min)
I=a T
1
36,000 29,649 26,467 24,419 22,940 21,798 20,877 18,893 17,555 16,563 15,349 14,458 13,763 12,727 11,972 11,387 10,518
2 3 4 5 6 7 10 13 16 21 26 31 41 51 61 81
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Gráfica Nº7: Papel milimetrado 40 35 30 25
) h / 20 m c ( I 15 10 5 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
t0 (min)
Gráfica Nº8: Papel logarítmico 100
) h / 10 m c ( I
1 1
10
100
t0 (min)
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CONCLUSIONES
La velocidad de infiltración (I) o cantidad del agua que entra por unidad de superficie y de tiempo permite, a través de un modelo matemático, permite llegar a predecir el tiempo (Tiempo de Riego) que se necesita para reponer una cantidad de agua en el suelo (Infiltración Acumulada, I CUM) para satisfacer las necesidades de mi cultivo. Al comenzar un riego, el suelo seco absorbe agua rápidamente, sin embargo, a medida que transcurre el tiempo, el suelo se va saturando gradualmente y la velocidad de infiltración va disminuyendo hasta alcanzar un valor prácticamente constante, denominado Velocidad de infiltración básica o estabilizada. Esta información nos ayudará a decidir cuál es el tipo de riego óptimo de un suelo determinado, qué caudal deben aportar a los cultivos o qué medidas adoptar para evitar que las plantas sufran un exceso de agua.
BIBLIOGRAFIA
Bouwer, H. 1961. A double tube method for measuring hydraulic conductivity of soil in situ above a water table. Soil Sci. Soc. Proc.: 334-339. Bouwer, H. 1962. field determination of hydraulic conductivity above a water table with the double-tube method. Soil Sci. Soc. of Am. Proc., 26 (4 July-Agost): 330-335. Porta, J.; López-Acevedo, M. & Roquero, C. 2003. Edafología para la agricultura y medio ambiente. Madrid: Ediciones Mundi Prensa. 807 pp.Eijkelkamp. 2003. Operating Instructions. The Nederlands. Catálogo comercial EIJKELKAMP www.eijkelkamp.com
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