tema 3 - agua en el suelo clase virtual
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HIDROLOGÍA AMBIENTAL
Tema 3 - Agua en el suelo
CLASE VIRTUAL
Prof. Jimena Alonso
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: