Tesis:
Soluciones para la infiltración y la redistribución en el riego por superficie: aproximaciones simplificadas y modelización
- Autor: SAYAH, Boumediene
- Título: Soluciones para la infiltración y la redistribución en el riego por superficie: aproximaciones simplificadas y modelización
- Fecha: 2017
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AGRONOMOS
- Departamentos: INGENIERIA AGROFORESTAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/47922/
- Director/a 1º: JUANA SIRGADO, Luis
- Resumen: Con objeto de mejorar el entendimiento del proceso de movimiento de agua en el suelo y facilitar su estudio y la representación gráfica de los resultados, esta tesis propone soluciones originales para la infiltración y la redistribución de agua en el suelo. El procedimiento se basa en la teoría del flujo en subsaturación. Con la ayuda del análisis dimensional se consiguió reducir el número de parámetros que determinan el flujo y estudiar la variación del contenido de humedad en el espacio y en el tiempo del que depende la infiltración. El estudio se ayudó de un cambio de variables que incluye la variable de Boltzmann, B, de la que depende únicamente la infiltración y el contenido de humedad en los primeros instantes. Al integrar la ecuación diferencial a lo largo de esta variable B aparecen dos integrales. La relación F de una sobre otra multiplicada por dos, en los primeros instantes es nula y, en los últimos, si tiempo e infiltración son suficientemente altos, pasa a ser la unidad. Esta relación se ajustó numéricamente en función del tiempo adimensional y del tipo de suelo. Introducida en la ecuación diferencial, ahora de primer orden, resulta una ecuación que, resuelta numéricamente, permite obtener para cada instante la infiltración y el contenido de humedad a cada profundidad sin necesidad de determinar previamente los instantes anteriores, lo que constituye una simplificación importante en su estudio. La formulación matemática se codificó en funciones de Visual - Basic para facilitar su utilización. Se comprobaron los resultados de las soluciones propuestas con simulaciones de la infiltración obtenidos por Hydrus-1D, y con ensayos de infiltración en unas columnas de infiltración diseñadas ex profeso. Se compararon también con valores de la bibliografía, para suelos y situaciones similares. Los resultados de la comparación mostraron que las soluciones propuestas y Hydrus-1D predicen la infiltración de forma similar. Se estudiaron suelos muy diferentes, de la Base de Datos de Carsel y Parrish, desde arcillosos correspondientes a familias del NRCS en torno a la 0.05 hasta suelos arenosos correspondientes a familias del NRCS en torno a 4, en general, con láminas entre 2 y 20 cm. En un estudio específico para el suelo arenoso y el franco entre láminas entre 0.1 y 100 cm, el error cuadrático medio (RMSE), para las distintas expresiones propuestas, estuvo comprendido entre 0.013 y 0.133 cm. Mayores diferencias, se dieron en el suelo arcilloso, hasta 0.557 cm, achacables a que no se encontraron soluciones del todo satisfactorias para este suelo con Hydrus-1D. El coeficiente de correlación (R2) fue superior a 0.99 en todos los casos. Debe indicarse que, para el suelo arcilloso, al menos para tiempos de simulación muy cortos o muy largos, en los que hay solución analítica, las soluciones propuestas coinciden con estas y, por tanto, superan a las soluciones encontradas con Hydrus-1D. Igualmente, se presentó una metodología para estimar los parámetros hidráulicos del suelo a partir de datos experimentales. Considerando como tales las familias de infiltración del USDA-NRCS se calibraron los parámetros del modelo van Genuchten-Mualem que permiten obtener unos resultados de infiltración similares. De esta manera, cada familia es asimilada a un suelo con unos determinados parámetros y con un contenido de humedad inicial dado. Para la fase de la redistribución de agua del perfil del suelo, después de la infiltración, la solución analítica propuesta, obtenida por un procedimiento similar, pero con valor diferente para la relación F entre las integrales, presentó pequeñas diferencias respecto a los valores calculados con Hydrus-1D en los primeros instantes posteriores a finalizar la infiltración. Estas diferencias pueden ser reducidas de usar expresiones de transición entre los valores de F para la fase de infiltración y los de la redistribución. Otras soluciones, con hipótesis más simplificadas como la de considerar un frente con cambio brusco de humedad, tipo Green Ampt, se han propuesto también para determinar el contenido de humedad medio en el perfil y la profundidad del frente de humectación alcanzada en función del tiempo. Al tener una única humedad en el perfil resulta más fácil discutir el concepto de capacidad de campo y seleccionar una humedad para su estimación. Asimismo, bajo estas hipótesis, se propone también un método para simular el efecto de varios riegos seguidos en los que el agua aplicada es mayor que la consumida en el periodo entre riegos por el cultivo, lo que puede ser de gran interés para comparar lo que pasa en los distintos partes de un cantero regado con riego por superficie. Se pone de manifiesto el potencial de la metodología presentada como base para posible extensión del presente trabajo para el estudio de la infiltración y redistribución desde un evento de lluvia, para riego por aspersión, e incluso para flujos 2D y 3D.