Permeámetro de disco

El permeámetro de disco es un instrumento de campo utilizado para medir la infiltración de agua en el suelo, que se caracteriza por propiedades hidráulicas de suelo saturado e insaturado in situ. Se utiliza principalmente para proporcionar estimaciones de la conductividad hidráulica del suelo cerca de la saturación.

Historia

Las técnicas convencionales para medir la infiltración in situ incluyen el uso de un infiltrómetro de anillo simple o doble . El infiltrómetro de anillo simple y doble solo mide el flujo en condiciones de estancamiento (saturado), y cuando se usa en suelos con macroporos distintos , el flujo preferencial dominará el flujo. (Ver: ley de Poiseuille ) Esto no refleja infiltración bajo lluvia o riego por aspersión. Por lo tanto, muchos autores intentaron crear un potencial negativo (tensión) en el flujo de agua. Esto es para excluir los macroporos en el proceso de flujo, por lo tanto, solo mide el flujo de la matriz del suelo.

Willard Gardner y Walter Gardner desarrollaron un permeámetro de cabeza negativa ya en 1939. Dixon (1975) desarrolló un infiltrómetro de anillo superior cerrado para cuantificar macroporos. El agua se aplica a un sistema de techo cerrado, lo que permite la imposición de una carga o presión negativa sobre la superficie del agua estancada. Se puede considerar que la tensión negativa simula una presión de aire del suelo positiva, creada por una presión de aire negativa sobre el agua superficial estancada. Topp y Zebchuk (1985) hicieron una simplificación. La limitación de este dispositivo es que la infiltración debe iniciarse colocando el infiltrómetro de tapa cerrada (aplicando una cabeza positiva) y luego ajustarse a una presión negativa. Se continuó con poco esfuerzo de investigación en esta área; en cambio, se ha prestado atención principalmente al aparato de sorptividad de Dirksen (1975) que usaba una placa de cerámica como base.Basándose en este diseño, Brent Clothier e Ian White (1981) desarrollaron eltubo de sorptividad que puede proporcionar un potencial negativo constante (tensión) en la superficie del suelo. Sin embargo, el tubo de sorptividad tenía muchas deficiencias, por lo que las modificaciones en el diseño llevaron al desarrollo del permeámetro de disco por Perroux y White (1988) de CSIRO. En Estados Unidos se le conoce como infiltrómetro de tensión .

Para obtener más información sobre el desarrollo del primer permeámetro contado por Walter Gardner, visite ( http://www.decagon.com/ag_research/hydro/history.php ^{[ enlace muerto permanente ]} )

El disco

El permeámetro de disco CSIRO de Perroux y White (1988) (no patentado) comprende una membrana de suministro de malla de nailon (con un diámetro muy pequeño alrededor de 10–40 mm), un depósito de agua y una torre de burbujeo. La torre de burbujeo está conectada al depósito y está abierta al aire. La torre de burbujeo controla el potencial h0 aplicado a la membrana ajustando la altura del agua en el tubo de entrada de aire. Entonces, esencialmente, los poros del suelo deben tener una energía equivalente a h0 para vencer el agua que se mantiene bajo tensión en el depósito. Puede utilizarse para suministrar un potencial de entre -200 mm y 0 mm, excluyendo de forma eficaz los poros con un diámetro superior a 0,075 mm.

Han evolucionado muchos diseños diferentes, que incluyen:

• Infiltrómetro de tensión de registro automático (Ankeny, Kaspar & Horton, 1988), patentado por la Universidad Estatal de Iowa (Medición de humedad del suelo https://web.archive.org/web/20060127085537/http://www.soilmeasurement.com/tension_infil. html )
• infiltrómetro de minidisco (Decagon Devices, http://www.decagon.com/products/lysimeters-and-infiltrometers/mini-disk-tension-infiltrometer )
• infiltrómetro de campana (Umwelt-Geräte-Technik, http://www.ugt-online.de )

Análisis matemático

El permeámetro de disco ponderado CSIRO

Debido al flujo de agua tridimensional del disco, se necesita una formulación especial para tener en cuenta la absorción lateral de agua. Los análisis se derivan del análisis simple de estado estacionario de Wooding (1968). Para una infiltración constante desde un área circular, poco profunda e inundada , Wooding descubrió que una característica notable de esta curva es el hecho de que nunca se aleja de la línea recta :

${\displaystyle Q*=2\pi a+4}$

donde Q * es el flujo adimensional, ${\displaystyle a=\alpha r/2}$. r es el radio del disco [cm] y${\displaystyle \alpha }$ [1 / cm] es el número de sorción o el parámetro de la función de conductividad hidráulica de Gardner (1958):

${\displaystyle K(h)=K_{s}\mathrm {e} ^{\alpha h}}$

donde K es la conductividad hidráulica [cm / h], Ks es la conductividad saturada y h es el potencial hídrico del suelo [cm]. En términos de la tasa de infiltración real en estado estable q ¥ [cm / h]:

${\displaystyle q_{\infty }=\alpha \phi _{0}+{\frac {4\phi _{0}}{\pi _{r}}}}$

Referencias

• Clothier, BE, White, I., 1981. Medición de la sorptividad y difusividad del agua del suelo en el campo. Soil Science Society of America Journal 45, 241-245.
• Dirksen, C., 1975. Determinación de la difusividad del agua del suelo mediante medidas de sorptividad. Actas 39, 22-27 de la Soil Science Society of America.
• Dixon, RM, 1975. Diseño y uso de infiltrómetros cerrados. Soil Science Society of America Proceedings 39, 755-763.
• Topp, GC, Zebchuk, WD, 1985. Un infiltrómetro de cabeza ajustable cerrado. Ingeniería agrícola canadiense 27, 99-104.
• Perroux, KM, White, I., 1988. Diseño para permeámetros de disco. Revista de la Sociedad de Ciencias del Suelo de América, 52, 1205-1215.
• Wooding, RA, 1968. Infiltración constante desde un estanque circular poco profundo. Investigación de recursos hídricos 4, 1259-1273.