Flujo de agua en suelos saturados y no saturados
Lea este artículo para aprender sobre el flujo de agua en suelos saturados e insaturados.
Flujo de agua en suelos saturados:
Sabemos que el agua subterránea está en gran parte oculta y no puede verse ni entenderse como agua superficial. Sin embargo, el almacenamiento de agua subterránea en una zona saturada o en un depósito de agua subterránea constituye una parte significativa de los recursos hídricos totales. En algunos aspectos, los reservorios de agua subterránea son similares a los reservorios de agua superficial. También tienen una capacidad particular y deben tener descarga y recarga. El flujo de agua en la zona saturada del suelo se rige principalmente por la ley de Darcy, que establece que la velocidad del flujo a través de un medio poroso es proporcional a la primera potencia del gradiente hidráulico.
Se puede expresar como:
V = K i
o Q = KA i
Donde Q es la cantidad de agua que fluye en el suelo.
Si es una constante, depende de la porosidad y la permeabilidad del suelo y se denomina coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica del material.
i es la pérdida de cabezal por unidad de longitud o gradiente hidráulico,
Matemáticamente i = h 1 - h 2 / L
V es la velocidad del agua en el suelo
y A es el área de la sección transversal a través de la cual fluye el agua.
Al derivar esta ecuación, Darcy asumió que hay una cantidad de tubos capilares en los suelos a través de los cuales el agua pasa de la misma manera que pasa a través de las tuberías. Dado que la velocidad en el flujo laminar también es proporcional a la primera potencia del gradiente hidráulico, el flujo que obedece a la ley de Darcy es esencialmente laminar. Aplicando la misma analogía que la del flujo a través de tuberías, el número de Reynold puede usarse como un índice para determinar el rango de aplicabilidad de la ley de Darcy.
El número de Reynold se expresa como
R = Vd / γ
donde V es la velocidad del flujo
d es el diámetro promedio de grano
γ es la viscosidad cinemática del fluido
γ = μ / ρ = viscosidad dinámica del fluido / densidad del fluido
Se ha observado que en el medio arenoso natural y artificial, la desviación del tamaño uniforme del grano del flujo desde el estado laminar al estado turbulento comienza para valores de R entre 1 y 10, según la forma y el rango del tamaño del grano. Casi en todos los casos se puede ver que el flujo de agua subterránea es laminar y, por lo tanto, obedece la ley de Darcy.
En los pozos de tubos también donde las tasas de bombeo son bastante altas, generalmente el flujo obedece a la ley de Darcy hasta la cara del pozo. Pero en la cara del pozo. Puede tender a volverse turbulento debido a las altas tasas de bombeo. La observación de la tabla de aguas puede realizarse de manera muy sencilla y precisa al observar los niveles en los ríos, arroyos y pozos existentes.
Flujo de agua en suelos insaturados:
La ley de Darcy para el flujo de agua a través de suelos saturados también es válida para suelos no saturados. El agua siempre fluye en la dirección de la energía decreciente. Por lo tanto, la ecuación V = ki también es verdadera para suelos insaturados. A diferencia de lo que ocurre en el suelo saturado, el área de flujo de la sección transversal disminuye ya que el contenido de humedad es menor.
También reduce las tasas de permeabilidad. Otra complicación en el suelo no saturado es en medir la presión negativa. Para suelos saturados, la energía se puede medir de manera muy conveniente insertando tubos de piezómetro en el suelo. En el suelo no saturado, además del flujo de agua, también existe un flujo de vapor. Es muy difícil medir el flujo de vapor a través del suelo. El flujo de vapor aumenta con la disminución del contenido de humedad del suelo. Por lo tanto, aún no es factible un tratamiento analítico perfecto del flujo de agua a través de la zona insaturada del suelo.
