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ⓘ Infiltrazione (idrologia)




Infiltrazione (idrologia)
                                     

ⓘ Infiltrazione (idrologia)

In idrologia, l infiltrazione è il fenomeno fisico per il quale lacqua presente sulla superficie del terreno penetra al suo interno. Questo movimento avviene sotto la spinta sia della forza gravitazionale che per capillarità.

                                     

1. Descrizione

Lacqua che si infiltra nel terreno, dopo avere attraversato la zona insatura, va a sua volta in parte ad alimentare le falde acquifere sottostanti ed in parte viene trattenuta dal terreno e resta così a disposizione degli organismi vegetali e animali eventualmente presenti nel suolo.

Su scala annuale linfiltrazione può essere espressa come il volume di acqua che nel corso di un anno attraversa una certa porzione di suolo m 3 /anno oppure come altezza di infiltrazione, cioè come laltezza in mm della colonna dacqua mm/anno che si infiltra nel suolo al netto delle perdite per ruscellamento ed evapotraspirazione.

La quantità di acqua che si infiltra nel terreno, e quindi la permeabilità dello stesso, viene misurata con appositi strumenti detti infiltrometri.

                                     

1.1. Descrizione Tasso di infiltrazione

Il tasso di infiltrazione è il rapporto percentuale tra laltezza di infiltrazione e laltezza della precipitazione annua Tra i molti fattori che determinano il tasso di infiltrazione alcuni sono legati al tipo di terreno considerato, come la presenza di una crosta o di uno strato superficiale compatto, la tessitura e la struttura delle particelle che lo compongono e il suo contenuto di sostanza organica.

Altri fattori che influenzano il tasso di infiltrazione sono la presenza di vegetazione, il contenuto dacqua del terreno e la sua acclività, in quanto maggiori pendenze del terreno favoriscono il ruscellamento a scapito dellinfiltrazione.

                                     

2. Formulazioni

Trovate sperimentalmente negli anni 30 del XX secolo da Robert Elmer Horton per linfiltrazione delle acque nel suolo, le formule valgono quando la pioggia mm/h è superiore alla capacità di infiltrazione ft ed il suolo è secco. Secco significa che al tempo To=0 in cui inizia a piovere il valore fTo è pari a fo.

Velocità dinfiltrazione potenziale istantanea Infiltration Capacity al tempo t mm/h

f t = f c + f 0 − f c e − k t {\displaystyle \ f_{t}=f_{c}+{f_{0}-f_{c}}e^{-kt}}

Dove:

  • fo è il valore massimo di infiltrazione per terreno secco maximum infiltration rate mm/h al tempo To;
  • ft è la velocità di infiltrazione al tempo generico t infiltration rate mm/h al tempo t;
  • k è la costante di riduzione specifica del suolo o costante di decadimento1/h
  • fc è la valore minimo di infiltrazione costante minimum infiltration rate mm/h al tempo t=infinito;

Volume dacqua infiltrato nel suolo al tempo t mm

F T = f c T + f 0 − f c k 1 − e − k T {\displaystyle F_{T}=f_{c}T+{f_{0}-f_{c} \over k}1-e^{-kT}}

Estensione della formula di Horton

La formula di Horton può spiegarsi tramite il riempimento di un serbatoio, di capacità Ch allequilibrio steady state, con delle valvole a galleggiante che ne controllano lingresso e luscita. Le portate delle valvole sono proporzionali al volume contenuto nel serbatoio. La valvola dingresso ha portata fo quando il serbatoio è vuoto ed fc quando il serbatoio contiene Ch. Allaumentare del volume nel serbatoio la valvola dingresso si chiude riducendo la portata Feed back -. La valvola di uscita ha portata nulla quando il serbatoio è vuoto e portata fc quando il serbatoio contiene Ch. Allaumentare del volume nel serbatoio la valvola si apre Feed back +. Se C è il livello al tempo t nel serbatoio di capacità Ch, la portata istantanea in ingresso famm ammissibile al tempo t nel serbatoio, tramite la valvola dingresso, risulta:

f a m = f o + f c − f o C h {\displaystyle famm=fo+{fc-fo}{C \over Ch}}

Quando C=0 si ha che famm=fo. Quando C=Ch si ha che famm=fc. La portata in ingresso nel serbatoio Qinp è il valore minore fra la portata ammessa dalla valvola e la portata di pioggia. Qinp = minfamm, pioggia.

Nel caso in cui la portata di pioggia sia superiore ad famm si ha la cosiddetta saturazione dellingresso. In tal caso lafflusso al serbatoio è controllato dalla valvola.

Nel caso in cui la portata di pioggia sia inferiore la valvola di ingresso non controlla lafflusso e nel serbatoio entra lintera portata di pioggia. Si hanno quindi due situazioni distinte di funzionamento della valvola di ingresso:

  • Ingresso Saturo, quando la valvola controlla lingresso al serbatoio. La pioggia è maggiore di famm Caso Horton;
  • Ingresso non saturo, quando la valvola non controlla lingresso al serbatoio. La pioggia è minore di famm;

La portata istantanea in uscita vale Qout=C/Ch fc. Quando C=0 si ha che Qout=0. quando C=Ch si ha che Qout=fc. Scrivendo lequazione di continuità si ha che }}