La curva de retención de agua es la relación entre el contenido de agua , θ, y el potencial hídrico del suelo , ψ. Esta curva es característica de diferentes tipos de suelo y también se denomina característica de humedad del suelo .
Se utiliza para predecir el almacenamiento de agua del suelo, el suministro de agua a las plantas ( capacidad de campo ) y la estabilidad de los agregados del suelo . Debido al efecto histerético del agua que llena y drena los poros, se pueden distinguir diferentes curvas de humectación y secado.
Las características generales de una curva de retención de agua se pueden ver en la figura, en la que el contenido de agua en volumen, θ, se representa frente al potencial matricial, . A potenciales cercanos a cero, un suelo está cerca de la saturación y el agua se retiene en el suelo principalmente por fuerzas capilares. A medida que θ disminuye, la unión del agua se vuelve más fuerte y en potenciales pequeños (más negativos, acercándose al punto de marchitamiento ) el agua está fuertemente unida en el más pequeño de los poros, en los puntos de contacto entre los granos y como películas unidas por fuerzas de adsorción alrededor de las partículas.
Los suelos arenosos implicarán principalmente unión capilar y, por lo tanto, liberarán la mayor parte del agua a potenciales más altos, mientras que los suelos arcillosos, con unión adhesiva y osmótica, liberarán agua a potenciales más bajos (más negativos). A cualquier potencial dado, los suelos turbosos generalmente mostrarán contenidos de humedad mucho más altos que los suelos arcillosos, que se esperaría que retengan más agua que los suelos arenosos. La capacidad de retención de agua de cualquier suelo se debe a la porosidad y la naturaleza de la unión en el suelo.
Modelos de curvas
La forma de las curvas de retención de agua se puede caracterizar por varios modelos, uno de ellos conocido como modelo de van Genuchten: [1]
dónde
- es la curva de retención de agua [L 3 L −3 ];
- es la presión de succión ([L] o cm de agua);
- contenido de agua saturada [L 3 L −3 ];
- contenido de agua residual [L 3 L −3 ];
- está relacionado con la inversa de la succión de entrada de aire, ([L -1 ] o cm -1 ); y,
- es una medida de la distribución del tamaño de los poros, (adimensional).
A partir de esta parametrización se desarrolló un modelo de predicción de la forma de la relación conductividad hidráulica insaturada - saturación - presión. [2]
Historia
En 1907, Edgar Buckingham creó la primera curva de retención de agua. [2] Se midió y se hizo para seis suelos que varían en textura desde arena hasta arcilla. Los datos provienen de experimentos realizados en columnas de suelo de 48 pulgadas de alto, donde un nivel de agua constante se mantuvo aproximadamente 2 pulgadas por encima del fondo a través de la adición periódica de agua de un tubo lateral. Los extremos superiores se cerraron para evitar la evaporación.
Método
Los parámetros de van Genuchten ( y ) se puede determinar mediante pruebas de campo o de laboratorio. Uno de los métodos es el método de perfil instantáneo, [3] donde el contenido de agua (o saturación efectiva ) se determinan para una serie de mediciones de presión de succión . Debido a la no linealidad de la ecuación, se pueden utilizar técnicas numéricas como el método de mínimos cuadrados no lineales para resolver los parámetros de van Genuchten. [4] [5] La precisión de los parámetros estimados dependerá de la calidad del conjunto de datos adquiridos ( y ). Cuando las curvas de retención de agua se ajustan con mínimos cuadrados no lineales, puede ocurrir una sobreestimación o subestimación estructural. En estos casos, la representación de las curvas de retención de agua se puede mejorar en términos de precisión e incertidumbre aplicando la regresión del Proceso Gaussiano a los residuos que se obtienen después de mínimos cuadrados no lineales. Esto se debe principalmente a la correlación entre los puntos de datos, que se explica con la regresión del proceso gaussiano a través de la función del núcleo. [6]
Ver también
Referencias
- ^ van Genuchten, M.Th. (1980). "Una ecuación de forma cerrada para predecir la conductividad hidráulica de suelos insaturados" (PDF) . Revista de la Sociedad de Ciencias del Suelo de América . 44 (5): 892–898. Código Bibliográfico : 1980SSASJ..44..892V . doi : 10.2136 / sssaj1980.03615995004400050002x . hdl : 10338.dmlcz / 141699 .
- ^ a b Buckingham, Edgar (1907), Estudios sobre el movimiento de la humedad del suelo , Oficina de Suelos, Boletín, 38 , Washington, DC: Departamento de Agricultura de EE . UU.
- ^ Watson, KK. (1966). "Un método de perfil instantáneo para determinar la conductividad hidráulica de materiales porosos insaturados". Investigación de recursos hídricos . 2 (4): 709–715. Código Bibliográfico : 1966WRR ..... 2..709W . doi : 10.1029 / WR002i004p00709 .
- ^ Seki, K. (2007). "Ajuste SWRC: un programa de ajuste no lineal con una curva de retención de agua para suelos que tienen estructura de poro unimodal y bimodal" (PDF) . Debates sobre hidrología y ciencias del sistema terrestre . 4 : 407–437. doi : 10.5194 / hessd-4-407-2007 .
- ^ Chou, TK (2016). "Una aplicación GUI gratuita para resolver los parámetros de van Genuchten utilizando la minimización de mínimos cuadrados no lineales y el ajuste de curvas" (PDF) . www.cmcsjc.com . Enero: 1-5. Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
- ^ Yousef, B. (junio de 2019). Modelos de regresión del proceso gaussiano para predecir curvas de retención de agua: aplicación de técnicas de aprendizaje automático para modelar la incertidumbre en curvas hidráulicas. Obtenido del repositorio de la Universidad Tecnológica de Delft.
- Brady, Carolina del Norte (1999). La naturaleza y propiedades de los suelos (12ª ed.). Upper Saddle River, Nueva Jersey: Prentice-Hall. págs. 183–9. ISBN 0-13-852444-0.
enlaces externos
- UNSODA Modelo de base de datos de propiedades hidráulicas de suelos insaturados
- SWRC Fit ajusta los modelos hidráulicos del suelo a los datos de retención de agua del suelo