United States Geological Survey (USGS), Menlo Park, CA, USA jrnimmo@usgs.gov



RESUMEN. Mucha evidencia disponible del campo y del laboratorio puede conducir a generalizaciones útiles sobre la velocidad de flujo en macroporos, que domina el transporte del agua y de los contaminantes. En 36 investigaciones de campo publicadas, la velocidad de transporte máxima en macroporos y otros conductos preferenciales varía sorprendentemente poco. Los estudios disponibles varían mucho en el medio, incluyendo roca fracturada y varias texturas del suelo; en la escala longitudinal, de 1 a más 1000 metros; en el tipo de trazador usado; y en la dirección del flujo. Un factor que afecta considerablemente las velocidades de transporte es el suministro de agua que genera el flujo. Un suministro esporádico de agua en la superficie del suelo, como el generado por la precipitación natural, causa un flujo preferencial marcadamente más lento que un suministro continuo, como el del riego constante. Para este segundo caso de suministro continuo, casi todas las observaciones de la velocidad máxima de transporte dan valores entre 1-100 m/d, sugiriendo que un valor medio en ese rango podría servir como una pauta para la velocidad de transporte prevista bajo condiciones comparables.
   Varios experimentos de laboratorio en estudios publicados ayudan a explicar y a apoyar estos resultados de campo. Los estudios de visualización muestran que el flujo no saturado del macroporo ocurre en cuatro modos distintos. Los nombres descriptivos para éstos son: flujo en película, riachuelo continuo, riachuelo intermitente, y gota pulsante. Aunque con diferencias entre estos tipos de flujo, cambios impuestos en factores normalmente dominantes, por ejemplo la fuerza impulsora y contenido en agua, parecen causar menos cambio en el flujo del agua y solutos que lo que las teorías convencionales predicen. Por ejemplo, en un experimento en el que se aumentó en un factor de 10 el grosor de la película de agua en un macroporo, la velocidad medida del flujo aumentó en un factor de 7, mucho menos que el factor de 100 predicho por la teoría laminar del flujo. Los mecanismos compensatorios que causan este comportamiento pueden también causar que las velocidades de transporte máximas observadas en el campo varíen tan poco.
   Colectivamente estos resultados sugieren que en condiciones naturales puede haber un límite de velocidad para el agua en macroporos no saturados que la ley de Darcy no puede predecir, y que depende sobre todo de características básicas de la tierra y agua. La generalización de que algunas velocidades de transporte en macroporos insaturados son casi constantes para condiciones del suministro del agua similares, aunque sea solamente aproximada, podría facilitar la predicción del
transporte de contaminantes y de otras magnitudes de importancia hidrológica en las condiciones más desfavorables.

ABSTRACT. A wide range of available field and lab evidence can lead to useful generalizations about the speed of macropore flow, which often dominates the transport of water and contaminants. In 36 published field tests, the values of maximum transport speed in macropores and other preferential channels vary surprisingly little. The available tests vary widely in type of medium, including fractured rock and various soil textures; in length scale of the test, ranging from 1 to 1000 m and more; in type of tracer used; and in direction of flow. One factor that does significantly affect transport speeds is the supply of water that generates the flow. A sporadic supply of water at the land surface, as from natural rainfall, causes markedly slower preferential flow than a continuous supply, as from steady irrigation. For continuously supplied water, nearly all observations of maximum transport speed fall between 1 and 100 m/d, suggesting that an average value in that range could serve as a guideline for expected transport speed under comparable conditions.
   Lab experiments in published studies help to explain and support these field results. Visualization studies show that unsaturated macropore flow occurs in four distinct modes. Descriptive names for these are film flow, continuous rivulet, snapping rivulet, and pulsating blob. To degrees that vary among these flow modes, imposed changes in normally dominant influences such as driving force and water content seem to cause less change in water and solute fluxes than conventional theories predict. In one experiment, with a factor of 10 increase in the thickness of a film, the measured flow speed increased by a factor of 7, much less than the factor of 100 predicted by laminar flow theory. Compensating mechanisms that cause this behavior may also cause the maximum transport speeds observed in the field to vary so little.
  Collectively these results suggest that there may be a natural speed limit for water in unsaturated macropores, not predictable by Darcy’s law, that depends mostly on basic earth and water properties. The generalization that certain transport speeds are nearly constant for similar water input conditions, even if true only in an approximate sense, could facilitate the prediction of worst-case contaminant travel times and other quantities of hydrologic importance.