On the proceeding of a saturation front under ponded conditions

Abstract

The vertical infiltration of water is a variable saturated flow process until the soil under an inundated area is completely saturated. However, in several modelling studies that regard the river-aquifer interactions, the vertical infiltration under ponded conditions is modelled as a saturated soil flow process. In order to find out whether the assumption of saturated conditions under an inundation area is suitable or not, the saturated time of the soil below an inundated area is determined. This is realised by evaluating an analytical infiltration model with two example soils under different initial conditions and for different ponding depths. The model results show, that saturation of several meters of sandy soil under ponded conditions takes place within a period of hours. For the clay example, the saturation process happens within the order of days, and if the clay is initially dry, it can take even weeks. This leads to the conclusion that saturated model approaches are suitable for sand and gravel aquifers if they are not covered with a clay layer. While the ponding depth influences the infiltration rate and the progression of the saturation front in the sandy soil, for initially wet clay the infiltration rates were found to change only marginally with the ponding depth. Keywords: infiltration, ponded conditions, inundation, vadose zone, Richards's equation, Haverkamp infiltration model La infiltración vertical de agua es un proceso de flujo parcialmente saturado hasta que el suelo ubicado bajo un área inundada esté completamente saturado. Sin embargo, en muchos estudios de modelación sobre interacción de agua superficial-subterránea, el proceso de infiltración vertical bajo condiciones de apozamiento es modelado como un proceso de flujo en suelo saturado. Con la finalidad de estudiar si esta simplificación es adecuada, se determina el tiempo de saturación de un suelo ubicado bajo un área inundada. Esto es realizado mediante la evaluación de un modelo de análisis de infiltración a través de dos ejemplos de suelo bajo diferentes condiciones iniciales y para diferentes profundidades de apozamiento. Los resultados del modelo indican que para un suelo arenoso bajo condiciones de apozamiento, la saturación de varios metros se lleva a cabo en horas. Para el caso de suelo arcilloso el proceso de saturación ocurre en días, y si la arcilla se encuentra inicialmente seca puede durar incluso semanas. Esto lleva a concluir que la simplificación de un modelo saturado es adecuado para suelos arenosos y gravosos, siempre y cuando no sean subyacentes a un estrato de arcilla. En suelos arenosos la profundidad de apozamiento influye en la velocidad de infiltración y en el avance del frente de saturación, mientras que en suelos arcillosos inicialmente húmedos la profundidad de apozamiento influye marginalmente en la velocidad de infiltración. Palabras clave: infiltración, condiciones de apozamiento, inundación, zona vadosa, ecuación de Richards, modelo de infiltración de Haverkamp Sinaba, B., Becker, B., Klauder, W., Salazar, I. and Schüttrumpf, H. (2013). On the proceeding of a saturation front under ponded conditions. Obras y Proyectos 13, 31-39 32 Sinaba, B., Becker, B., Klauder, W., Salazar, I. and Schüttrumpf, H. (2013). On the proceeding of a saturation front under ponded conditions. Obras y Proyectos 13, 31-39