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Modelación del flujo del agua en suelos con variabilidad espacial Felipe Zataráin, Carlos Fuentes [email protected] II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 08 al 10 de septiembre del 2016 Chapingo, México 1

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Modelación del flujo del agua en

suelos con variabilidad espacial

Felipe Zataráin, Carlos Fuentes

[email protected]

II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016

08 al 10 de septiembre del 2016

Chapingo, México 1

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2II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

FLUJO DEL AGUA EN SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

Regulación del régimen de humedad en los suelos agrícolas. Técnicas de

riego y drenaje.

Recarga y contaminación del agua subterránea.

Hidrología.

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3II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

ECUACIONES Y PARÁMETROS DEL FLUJO DE AGUA EN EL SUELO

q K H K z

Ley de Darcy (1856) modificada por Buckingham (1907):

La descripción del flujo transitorio requiere de la ecuación de

continuidad:

q

t

Ecuación de Richards (1931):

C K z

t

dC

d

K

Propiedades hidrodinámicas del suelo:

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4II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

e ec

e e

1 S 1 ( )Sln ln

(1 )S (1 ) (1 )S

e es

e

[1- + ( - ) ]S SK = K

1- S

re

rs

=S-

Tres parámetros de escala de la curva de retención: s r c, y

Parámetros de forma:

Un parámetro de escala de la conductividad hidráulica:

,

sK

Propiedades hidrodinámicas del suelo

(Fujita-Parlange)

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5II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

Medios Similares

Rr

R

r

2K K r

pW r W

R*

R

lnr

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6II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

* *

s r s d, , , , , K , ,

Parámetros determinísticos

Parámetros estocásticos

s cK ,

La modelación se realiza de manera determinística en columnas independientes de suelo y la variabilidad espacial es introducida en el plano x-y a través de factores de escala.

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7II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

Solución numérica de la ecuación de Richards

n 1/2i 1/2 i 1/2i

i i i 1

i 1/2 i 1/2

1C K 1 K 1

t z z z

n 1 n( ) (1 )

n 1/2 n 1 n( )

i 1/2 i 1 i( )

i i 1 i( ) ( ) ( )

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8II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

En una parcela de 80 ha se obtienen 35 valores de sK

1

sK 2.02 cmh 0.263Se obtiene:

,

3 3

s 0.45 cm cmSe asume: 0.95

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9II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

i) Se divide el área P(Z) bajo la curva normal estándar en N clases iguales y se obtiene el valor de Zi para cada clase.

ii) Se calculan los valores de

iii) Se obtiene

i iZ

i *

s s iK K exp 2 i *

c c iexp

i i

s cK , i 1,2,...,NLos valores de con se calculan de la manera siguiente:

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10II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

0

50

100

150

200

250

300

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Contenido de Humedad (cm3/cm3)

Pro

fun

did

ad (c

m)

2 h

4 h

10 h

t=0

0

50

100

150

200

250

300

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Contenido de Humedad (cm3/cm3)

Pro

fun

did

ad (c

m)

2 h

4 h

10 h

t=0

N

ii 1

1u(z,t) u (z,t)

N

N

22

u ii 1

1(z,t) u (z,t) u(z,t)

N 1

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11II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Pro

bab

ilid

ad a

cum

ula

da

Logaritmo de los factores de escala

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

0 10 20 30 40

Sem

ivariogra

ma/V

ariancia

Distancia (m)

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fac

tor

de

esca

la

Distancia (m)

Campos correlacionados de los factores de escala

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12II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

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13II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016 Chapingo, México, del 08 al 10 de septiembre del 2016

Conclusiones

Para estudiar el efecto de la variabilidad en las observaciones de la conductividad hidráulica a saturación sobre los procesos de transferencia se utiliza un método probabilístico sin correlación espacial. Este último método combinado con la solución numérica de la ecuación unidimensional de Richards es aplicado a una parcela experimental. Los resultados obtenidos muestran que los perfiles probabilísticos difieren sensiblemente de los obtenidos en forma determinística.