TEMA 10. AGUA - Solucion del suelo, tipos de agua en el suelo: higroscopica, capilar, gravifera, PDF

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Solucion del suelo, tipos de agua en el suelo: higroscopica, capilar, gravifera, jourin, ascenso capilar, darcy, porosidad del suelo, ...

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TEMA 10. AGUA DEL SUELO El agua existe en forma sólida (hielo), líquida y gaseosa (vapor de agua) en la tierra, con un volumen total cercano a 1.400 millones de Km3, aunque la mayor parte es inaccesible por lo que no está activa en el ciclo anual de la misma. El 97% del agua en la tierra se encuentra en los océanos y mares y solamente el restante 2% es agua dulce. Del total de agua dulce en el mundo, 70% se encuentra en los polos y en las cumbres de las montañas más altas, en estado sólido. El 30% del agua dulce del mundial, se encuentra en la humedad del suelo, en los acuíferos profundos o escurre en forma de arroyos y ríos que se depositan en cuerpos superficiales de agua o que llegan a los acuíferos. Estos reservorios no están aislados unos de otros, sino que el agua circula de uno a otro cambiando, frecuentemente, su estado físico y su composición. El conjunto de procesos involucrados en la circulación y conservación del agua entre los reservorios se llama ciclo hidrológico o geohidrológico. A lo largo del mismo, el agua pasa más o menos tiempo en cada uno de los diferentes reservorios, lo que se conoce como tiempo de permanencia (volumen de agua que hay en un reservorio/cantidad de agua que sale del mismo en un tiempo concreto). El volumen de agua total se ha mantenido contante durante millones de años, por eso el volumen de agua que ingresa a una cuenca hídrica es igual al volumen de agua perdida por evapotranspiración, y el balance hídrico en la misma da cero. La ecuación del balance hídrico relaciona las perdidas con las ganancias (Balance = Ganancias-Perdidas=0)

Ecuación de Balance Hídrico (Precipitaciones + Almacenamiento) - (Evapotranspiración + Drenaje) = 0 CICLO DEL AGUA: La energía solar es absorbida por el agua de los océano y lagos, produciendo su EVAPORACION hacia la atmosfera como vapor de agua, donde las diferencias de presiones y temperaturas causan su CONDENSACION en partículas liquidas o sólidas y son transportadas por el viento en forma de nubes. Al cambiar las condiciones, por un frente montañoso por ejemple, caen por acción de la gravedad en forma de precipitación liquida (lluvia) o solida (nieve). El hielo de los picos montañosos también absorbe esta E°solar y produce su FUSION, la cual también puede ocurrir por presión de las capas de hielo por encima de las más profundas, y desciende como escorrentía. Destino de las precipitaciones (Pp): •Algo de Pp es retenida por el follaje de las plantas desde el cual se EVAPORA, sin llegar nunca al suelo. En los bosques esta intercepción puede ser entre un 30-50% y es por esto que cuanto más follaje hay, más protegido está el suelo a las Pp torrenciales, que pueden degradarlo. •El agua que llega a la superficie del suelo puede INFILTRARSE si su estructura superficial es suelta y abierta como en el caso de presentar estructura granular, en bloques o de grano suelto. Pero, según la estructura y textura, hay un cierto volumen de agua que el suelo puede infiltrar por unidad de tiempo, y si se supera este valor, el agua se ESCURRIRÁ provocando su erosión. Puede llegar a perderse más de un 50% de Pp por escorrentía superficial, llevándose consigo elementos disueltos y sedientos del suelo. Como estos dos procesos son difíciles de estimar por separado, se denominan conjuntamente como EVAPOTRASPIRACION. •Si no se supera la capacidad de infiltración del suelo, el agua que se infiltra puede estar sujeta a PERCOLACIÓN, perdiéndose de la zona radicular por drenaje. Cuantas más húmedo es el clima, más agua se pierde de esta forma. Durante las épocas de baja Pp, esta agua puede llegar hasta la zona radicular por ASCENSO CAPILAR y ser usada por las plantas, que luego la TRANSPIRAN, o puede llegar a la superficie puede EVAPORARSE. •El agua que infiltra puede ALMACENARSE y se mueve por capilaridad a la superficie o puede ser absorbida por las plantas, generándose también evapotranspiración. La infiltración es el proceso por el cual el agua entra en los poros del suelo, convirtiéndose en el agua del suelo. La velocidad o razón a la que infiltra se denomina INFILTRABILIDAD i=Q/A*t y sus unidades son m/s o cm/h. En suelos con arcillas expandibles la taza de infiltración puede ser muy alta en un inicio. Sin embargo, a medida que avanza, la taza se reduce mucho y luego se estabiliza manteniéndose constante

En los suelos, el agua se encuentra almacenada dentro del espacio poral y corresponde a un 25% del total de los componentes. Puede encontrarse como Agua gravifica/gravitacional, que es controlada por la fuerza de gravedad; Agua capilar, dentro de poros muy pequeños (capilares) y agua Higroscópica, que se encuentra adsorbida a las partículas y no es drenable.

Los procesos fco-qcos-bio llevados a cabo por la presencia de agua influyen en la meteorización de los minerales y descomposición de la MO, el crecimiento de las plantas y el desarrollo del suelo, incluso en la contaminación de aguas subterráneas. •El agua hace que las partículas del suelo se hinchen y se contraigan, adhiriéndose unas a otras, conformando agregados estructurales. • El agua participa en las reacciones químicas, liberando o reteniendo nutrientes y modificando el pH (+acido) • Las interacciones suelo-agua determinan las tasas de: – pérdida de agua por percolación – escorrentía superficial – evapotranspiración – equilibrio entre el aire y el agua en los poros del suelo – la tasa de cambio en la temperatura del suelo – tasa y el tipo de metabolismo de los organismos del suelo y – la capacidad de del suelo para almacenar y suministrar agua para el crecimiento vegetal Clasificación física del agua en el suelo

Briggs y Bouyoucos

Poros

Agua Higroscópica

-

No disponible Agua Capilar Disponible/Útil Agua Gravitacional

De Flujo Lento De Flujo Rápido

Microporos < 0.2um Mesoporos 0.28 um Macroporos 830 um Macroporos > 30um

Fuerza de Succión KPa Atm pF >31 4.5 3.100 15 4.2 1.500 -100

1

3

-30

1/3

2.5

0

0

0

Disponibilidad Agua No Disponible

Disponible o útil No se retine y percola

Leyes que rigen. Existen dos tipos de movimientos en el agua dentro del suelo: 1. Flujo saturado. Se produce en los poros completamente saturados, especialmente en épocas de lluvia cuando el perfil de suelo queda completamente lleno de agua, y es regido por la Ley de Darcy. Esta Ley expresa el caudal de agua por unidad de tiempo que fluye a través de una columna de suelo 𝑄 saturado. ⁄𝑡 = 𝐴 ∗ 𝐾𝑠𝑎𝑡 ∗ ∆𝛹⁄𝐿 Q=Caudal; t=tiempo; A=área transversal de la columna a través de la cual fluye el agua; L= longitud de la columna ∆Ψ= (Ψ1- Ψ2);Cambio de potencial del agua en los extremos de la columna ∆Ψ/L= Gradiente Hidráulico. Este puede causar el flujo horizontal e incluso hacia arriba, aunque la fuerza de la gravedad no ayuda al flujo horizontal e impide el flujo ascendente. 𝑄 Ksat= Constante Hidráulica saturada. 𝐾 = ( ⁄𝑡 ∗ 𝐴 ) ∗ (𝐿⁄∆𝛹 ) Ksat cm/s = cm/h (a menor K, menor infiltración) Se mide en unidades de longitud/tiempo como Cm/s o 1*10-2=36 Típico de Arenas de Playa Cm/h y es una propiedad que ayuda a determinar en qué Suelos muy arenosos que permiten infiltración rápida de contaminante en 5*10-3=18 aguas residuales medida será la utilidad de un suelo (tierras para cultivo, Suelos moderadamente permeables. K entre 1 y 15 cm/h son adecuadas para -4 material de la cubierta de un relleno sanitario, el 5*10 =2 la mayoría de los usos agrícolas, recreativos, y urbanos en los que se necesita un buen drenaje. revestimiento de las lagunas de almacenamiento de suelos de textura fina, compactados, o suelos mal estructurados. Demasiado 5*10lento para el correcto funcionamiento de campos de drenaje de tanques aguas residuales o material de drenaje de un tanque 5 sépticos, la mayoría de los tipos de riego, y muchos usos recreativos como =0.18 séptico). En los macroporos de radio >50um se genera campos de juego. Extremadamente lenta, típica de arcilla compactada. K de 10-5 a 10-8 cm/h todo el movimiento de agua en os suelos saturados, -8...