tema 3 - agua en el suelo clase virtual

HIDROLOGÍA AMBIENTAL

Tema 3 - Agua en el suelo

CLASE VIRTUAL

Prof. Jimena Alonso

jalonso@fing.edu.uy

Universidad de la República

Facultad de Ingeniería

Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental

En la clase de hoy:

• Conceptos a destacar:

Agua en el suelo: • Medición de agua en el suelo• Parámetros hídricos

Flujo en medios porosos

Infiltración• Tiempo de encharcamiento• Abstracciones

• Dudas

AGUA EN EL SUELO

Suelo: sistema complejo en el que interactúan 3

fases: sólida, líquida y gaseosa

El espacio poroso determina

muchas de las prop. físicas e

hídricas y está muy relacionado

con la textura y estructura del

suelo

EN VOLUMEN

≅20-30 % aire

≅20-30 % agua

Fuente: FAGRO-Dpto de Suelos

¿Qué es la textura del suelo?

La determinación del contenido de agua en el suelo es de interés agronómico, hidrológico y ecológico ya que aporta al entendimiento de las relaciones químicas, físicas y biológicas de los suelos

Métodos directos miden la cantidad de agua que hay en el suelo

Métodos indirectos calculan la humedad mediante una relación entre la humedad y otra variable mas fácil de medir.

MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

• Gravimétrico: muestreo y secado (a 105º 24 h), determinación de peso

húmedo (Mt) y peso seco (Ms).

DIRECTO

MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

θ.h

• Buena precisión

• Medidas a cualquier profundidad y contenido de agua

• Es un método destructivo y el resultado es diferido en el tiempo

• Se debe medir DAp

Fuente: FAGRO-Dpto de Suelos

• Sonda de neutrones: emisión de neutrones rápidos que pasan a través de la materia en el suelo, son termalizados cuando chocan con un cuerpo de masa similar, tal como el hidrógeno. El número de neutrones lentos detectados es proporcional al número de colisiones entre neutrones y núcleos de hidrógeno, los cuales reflejan el contenido de agua del suelo.

MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

Limitanteso radioactividad (baja)

o Necesita calibracióno en medidas superficiales se pierden neutrones hacia la atmósfera

o dificultad en suelos pedregosos

• Reflectometría: Time domain reflectometry (TDR), la

constante dieléctrica del suelo se mide aplicando al

suelo una onda electromagnética de alta frecuencia y

midiendo la velocidad de propagación. A mayor

humedad, menor será la velocidad de la onda.

MEDICÓN DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

• no destructivo

• mediciones rápidas y continuas, manuales o automatizadas

• mínima alteración del suelo

AGUA EN EL SUELO

Contenido de agua en peso (gravimétrico)

X 100%HP =peso de agua (Kg)

peso de suelo seco (Kg)

Formas de expresión del contenido de agua en el suelo

Contenido de agua en volumen (volumétrico)

%HV = X 100volumen de agua (m3)

volumen de suelo (m3)

Lámina de agua (mm)

– misma unidad que la lluvia y la evapotranspiración

– permite calcular la cantidad de agua necesaria para el riego y/o la profundidad que alcanza

en el perfil del suelo una determinada cantidad de agua

%HV = mm/10 cm

%HV = %HP x DAp

Fuente: FAGRO-Dpto de Suelos

AGUA EN EL SUELO

Fuente: FAGRO-Dpto de Suelos

El agua en el suelo se caracteriza por:

la cantidad de agua presente

y por su capacidad de retención

Curvas representativas de retención de agua para suelos

de diferentes texturas

%HVAr Ac

AGUA EN EL SUELO

Fuente: FAGRO-Dpto de Suelos

• Capacidad de Campo (CC): microporos con agua, macroporos con aire

retenida am -10 Kpa

• Punto de Marchitez Permanente (PMP) : límite inferior del rango de

disponibilidad de agua para la planta

retenida am -1500 Kpa.

• Agua Disponible (AD): máxima cantidad de agua que la planta dispone para su

absorción en la profundidad de arraigamiento

contenido de agua entre CC y PMP

Valores de contenido de agua en el suelo y potenciales matriz que se toman comoparámetros para caracterizar los diferentes horizontes del suelo.

Parámetros hídricos

A: agua útilB: agua capilarC: masa sólidaη: porosidad

Carta de reconocimiento de

suelos en Uruguay a escala 1: 1.000.000

Agua Disponible de las Tierras del Uruguay, Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales

Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca.

Para visualizar la carta de suelos 1:1 millón en Google Earth:

https://www.gub.uy/ministerio-ganaderia-agricultura-pesca/tramites-y-

servicios/servicios/web-map-service

utilizar el servicio WMS

“2)

http://dgrn.mgap.gub.uy/arcgis/services/SUELOS/SUELOS/MapServer/W

MSServer

Corresponde a las Cartas de Suelos publicadas por la RENARE y la

cartografia básica del Servicio Geográfico Militar, Capa del Relieve de

RENARE y Parcelario actualizado de la DNC.”

Cargando en Google Earth la información correspondiente a la capa

“Carta de Suelos 1 millón”.

Se recomienda leer el instructivo que aparece en la misma web.

En la clase de hoy:

• Conceptos a destacar:

Agua en el suelo: • Retención• Parámetros hídricos

Flujo en medios porosos

Infiltración• Tiempo de encharcamiento• Abstracciones

• Dudas

Ecuación de Richards (1931): flujo no saturado, no permanente en medio poroso

FLUJO EN MEDIOS POROSOS Darcy: Flujo saturado

k: conductividad hidráulica del medio

Aplicación de Darcy:El agua percola a través de un acuífero de arena finade k=10-2 cm/s y η=0,4 hacia un río ubicado a 100 m.Si la pendiente del nivel freático es del 1%, calcule eltiempo que demora el flujo de agua en llegar al río.

FLUJO EN MEDIOS POROSOS

SOLUCIÓN: El campo de flujo de Darcy (q) se calcula según:

Siendo: k=0,01 cm/s=8,64 m/día

q=0,086 m/día Sf=1%=0,01

La velocidad media del flujo esta dada por la del poro equivalente:

= 0,216 m/día

El tiempo necesario para que el flujo recorra la distancia de 100m hacia el río es:

T= 100/Vp =463 días = 1,3 años

FLUJO EN MEDIOS POROSOS

Convenio Weyerhaeuser-Fagro/UdelaR

Ecuación de Horton (1933-1939)- Surge de Richards K y D no dependen de humedad

siendo k la constante de decaimiento [t-1]

INFILTRACIÓN

o tiempo de almacenamiento superficial, lapso de tiempo (tp) entre el inicio de la lluvia y

el momento en que el agua empieza a encharcar en la superficie del terreno.

TIEMPO DE ENCHARCAMIENTO

Ejercicio 1:

Una cuenca de 25km2 ubicada en el departamento de Lavalleja presenta dos unidades de suelo, 10km2 de la superficie de esa cuenca están situados sobre la unidad Santa Clara (SCl) y el resto sobre Sierra de Animas (SA). Calcule el agua disponible media de la cuenca.

Una cuenca de 25km2 ubicada en el departamento de Lavalleja presenta dos unidades de suelo, 10km2 de la superficie de esa cuenca están situados sobre la unidad Santa Clara (SCl) y el resto sobre Sierra de Animas (SA). Calcule el agua disponible media de la cuenca.

𝐴𝐷 =10𝑘𝑚263.6𝑚𝑚 + 15𝑘𝑚250.1𝑚𝑚

25𝑘𝑚2 = 55.5𝑚𝑚

Ejercicio 1:

Para cierto suelo se conocen los parámetros de la curva de infiltración de Horton: f0=35 mm/h, fc=7 mm/h y k=2.8 h-1. Estimar el tiempo de encharcamiento de ese suelo para un evento de precipitación de intensidad constante de 20 mm/h.

t (h) f(mm/h) i(mm/h)

0 0.00 35.00 20

1 0.02 33.72 20

2 0.03 32.50 20

3 0.05 31.34 20

4 0.07 30.23 20

5 0.08 29.17 20

6 0.10 28.16 20

7 0.12 27.20 20

8 0.13 26.28 20

9 0.15 25.40 20

10 0.17 24.56 20

11 0.18 23.76 20

12 0.20 22.99 20

13 0.22 22.26 20

14 0.23 21.57 20

15 0.25 20.90 20

18 0.30 19.09 20

19 0.32 18.54 20

20 0.33 18.01 20

21 0.35 17.51 20

22 0.37 17.03 20

23 0.38 16.57 20

24 0.40 16.14 20

25 0.42 15.72 20

26 0.43 15.32 20

27 0.45 14.94 20

28 0.47 14.58 20

29 0.48 14.23 20

30 0.50 13.90 20

Tiempo de encharcamiento

Ejercicio 2: