Análisis de los procesos de infiltración y escorrentía durante precipitaciones intensas

Abstract

La escorrentía superficial tiene lugar cuando es alcanzada la capacidad máxima de infiltración de agua del suelo. La mayoría de los modelos hidrogeológicos convierten el exceso de infiltración en escorrentía, la cual puede causar inundaciones con importantes pérdidas materiales y humanas. La infiltración se puede estimar a partir de relaciones empíricas o de modelos físicos, y depende de varios factores, entre ellos la conductividad hidráulica del suelo, cobertura superficial y el estado inicial de humedad del terreno. El objetivo de este trabajo de tesis es modelar la infiltración durante precipitaciones severas resolviendo la ecuación no lineal de Richards con condiciones de borde apropiadas. El modelo numérico implementado en lenguaje FORTRAN se basa en la resolución de la ecuación de Richards utilizando un método mixto de elementos finitos combinado con un método iterativo de Picard modificado para tratar los términos no lineales. Las condiciones de borde propuestas serán tipo Neumann, cuando la precipitación sea menor a la conductividad hidráulica superficial y de tipo Dirichlet cuando se produce el anegamiento superficial de agua. Dado que nos interesa la infiltración durante una precipitación en un terreno llano, la simulación se considera unidimensional y se utilizan mallas densas y regulares para poder describir el frente de saturación durante la precipitación. El contenido volumétrico de agua y la conductividad hidráulica se obtienen a partir del modelo de van Genuchten. Se analizó la infiltración en diferentes tipos de suelos clasificados según su textura y duración y cantidad de agua precipitada. Los resultados obtenidos con la simulación fueron satisfactoriamente validados con la ecuación de Philip. Finalmente se estimó la infiltración de la tormenta del 2 de abril de 2013 ocurrida en la ciudad de La Plata. En dicho evento se registraron unos 390 mm de agua en un período relativamente breve, generando una inundación sin precedentes en la ciudad con grandes pérdidas humanas y materiales. La simulación brindó una estimación del agua que pudo haber infiltrado durante el evento y qué porcentaje de agua devino en escorrentía, favoreciendo la inundación.