Comprendiendo los Métodos de Infiltración en EPA SWMM: Green-Ampt, Horton y CN

Introducción

La infiltración es uno de los procesos más importantes en la modelación hidrológica.
Determina cuánta lluvia se convierte en escorrentía superficial y cuánta se absorbe en el suelo.
En EPA SWMM, este proceso se simula mediante tres métodos principales: Green-Ampt, Horton y Curve Number (CN).

Cada método tiene una base diferente —física, empírica o conceptual— y elegir el adecuado depende del tipo de proyecto, los datos disponibles y el nivel de detalle que necesites.

1. El papel de la infiltración en la hidrología urbana

Cuando llueve sobre una superficie permeable, parte del agua se infiltra en el suelo y otra parte se convierte en escorrentía.
La cantidad que logra infiltrarse depende de:

• La capacidad de absorción del suelo (textura, compactación, humedad inicial).

• La intensidad de la lluvia.

• El grado de impermeabilización (asfalto, techos, concreto, etc.).

En áreas urbanas, la infiltración es menor, por lo que las subcuencas generan picos de caudal más altos y rápidos.
Por eso, definir correctamente el método de infiltración en SWMM es esencial para obtener resultados realistas.

2. Métodos disponibles en EPA SWMM

Según el EPA SWMM User’s Manual, Sección 3.1.2, el programa ofrece tres métodos principales para calcular la infiltración:

🔹 Green-Ampt (Físico)

Basado en la ecuación de Green-Ampt (1911), este método representa el flujo del agua dentro del suelo como un frente de humedad que avanza hacia abajo.
Considera tres parámetros clave:

ParámetroDescripciónUnidades típicasRango comúnSuction Head (Ψ)Tensión capilar del suelomm50–200Conductividad Hidráulica Saturada (Ks)Velocidad máxima de infiltraciónmm/h1–50Deficiencia de Humedad Inicial (IMD)Contenido de humedad previofracción (0–1)0.1–0.6

Ventajas:

• Basado en principios físicos.

• Ideal para simulaciones de eventos o calibración detallada.
  Desventajas:

• Requiere parámetros de suelo específicos.

🔹 Horton (Empírico)

Propuesto por Robert Horton en 1933, este método describe cómo la capacidad de infiltración disminuye exponencialmente con el tiempo durante un evento de lluvia.
Usa los siguientes parámetros:

ParámetroDescripciónUnidades típicasf₀Tasa inicial de infiltraciónmm/hfₙTasa mínima de infiltraciónmm/hkTasa de decaimiento (constante de ajuste)1/h

Ventajas:

• Simple y calibrable con datos observados.

• Útil para estudios urbanos con monitoreo.
  Desventajas:

• No representa procesos físicos; depende del ajuste empírico.

🔹 Curve Number (CN – SCS/NRCS)

Basado en el método del Soil Conservation Service (SCS), ahora NRCS, el método CN relaciona la infiltración con un único parámetro: el Curve Number, que depende del tipo de suelo, cobertura y condición de humedad.

El almacenamiento potencial del suelo se calcula como:

S=25400CN−254S = \frac{25400}{CN} - 254S=CN25400​−254

(donde S está en milímetros).

Ventajas:

• Rápido, fácil de aplicar con información limitada.

• Ideal para estudios conceptuales o de planificación.
  Desventajas:

• No representa la variación temporal de la infiltración.

• Menos preciso para simulaciones dinámicas o calibración detallada.

3. Cuándo usar cada método

MétodoTipo de modeloDatos requeridosNivel de detalleGreen-AmptEventos detallados, proyectos con datos de sueloKs, Ψ, IMDAltoHortonEstudios calibrados con lluvia observadaf₀, fₙ, kMedioCN (SCS)Análisis conceptuales o de planeaciónCurve NumberBajo

En la práctica:

• Usa Green-Ampt cuando tienes datos de suelo y necesitas precisión.

• Usa Horton para calibrar modelos con registros de caudal o lluvia.

• Usa CN cuando solo dispones de mapas de suelos o proyectos a nivel preliminar.

4. Calibración de la infiltración

Calibrar la infiltración significa ajustar los parámetros hasta que los hidrogramas simulados coincidan con los observados.
Algunos consejos prácticos:

• Empieza con valores típicos según el tipo de suelo.

• Ajusta Ks o f₀ para igualar el caudal pico.

• Ajusta IMD o k para controlar el volumen total infiltrado.

• Usa lluvias cortas y conocidas para validar el comportamiento inicial.

Un modelo calibrado correctamente reproducirá tanto la magnitud como el tiempo del pico de escorrentía.

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Conclusión

Comprender cómo funciona la infiltración en SWMM es fundamental para mejorar la precisión de tus modelos hidrológicos.
Seleccionar el método adecuado —y calibrarlo correctamente— puede marcar la diferencia entre un modelo confiable y uno que sobrestima los caudales.

Ya sea que trabajes en un estudio conceptual o en un diseño detallado, conocer Green-Ampt, Horton y CN te permitirá adaptar SWMM a cualquier nivel de complejidad.

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