Caracterización hidrodinámica de los suelos a partir del perfil de las presiones

Antonio C. D. Antonino, Carlos Fuentes, Willames A. Soares, Edvane Borges, André M. Netto, José R. S. Lima, Carlos A.B.O. Lira, Claude Hammecker

Resumen


Las características hidrodinámicas de los suelos formadas por las curvas de retención de humedad del suelo, θ(ψ), y de la conductividad hidráulica, K(ψ), son estimadas mediante modelación inversa con la ecuación de Richards. Se ha aceptado la función hiperbólica general presentada por Braddock et al. (2001) para la curva de retención y tres modelos fractales de la conductividad hidráulica propuestos por Fuentes et al. (2001): los modelos del poro de la media geométrica (PMG), del poro neutral (PN) y del poro grande (PG). La función hiperbólica contiene seis parámetros (θr, θs, ψd, λ, m, n); los contenidos de humedad residual (θr) y a saturación (θs) son asumidos iguales a cero y a la porosidad volumétrica total del suelo, respectivamente. Para obtener formas analíticas cerradas de la conductividad hidráulica a partir de los modelos fractales y explicitar la función θ(ψ), los tres parámetros de forma (λ, m, n) son reducidos a uno (m); la presión característica (ψd) y la conductividad hidráulica a saturación (Ks) forman parte de los parámetros desconocidos del sistema (ψd, Ks, m), los cuales pueden ser obtenidos replicando las observaciones de la presión en el perfil del suelo.

Para ello, en una parcela de 1.15 x 0.60 m, con un suelo de textura arena francosa, ubicada en la Universidad Federal de Pernambuco, Brasil, fueron instalados tres tensiómetros con caja de vacío y dos probetas autómaticas. Los primeros se instalaron a 5, 11 y 17 cm de profundidad, y las probetas, que miden el contenido de agua, a 5 y 11 cm de profundidad. Los instrumentos fueron conectados a un sistema de adquisición de datos para almacenarlos cada media hora durante 72 horas. Para la caracterización de esta columna de suelo de 12 cm de espesor se ha utilizado una solución numérica de la ecuación de Richards unidimensional vertical combinada con la subrutina DBCONF de IMSL (1989). Los parámetros obtenidos permiten reproducir las presiones observadas en la profundidad de 11 cm, mediante el criterio de mínimos cuadrados; las presiones observadas en sus extremos son las condiciones de frontera y la condición inicial es obtenida con una interpolación lineal. La raíz del error cuadrático medio del grado efectivo de saturación indica que no existen diferencias significativas entre los tres modelos para describir la evolución temporal de la presión experimental. Sin embargo, las diferencias son significativas en la capacidad de predicción de la evolución temporal del contenido de humedad en la profundidad de 11 cm, y en la predicción de la curva de retención experimental; el mejor modelo de predicción es el modelo del poro grande, seguido por el modelo del poro neutral y, finalmente, por el modelo del poro de la media geométrica. 


Palabras clave


curva de retención; curva de conductividad hidráulica; modelos fractales; método inverso

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