Ecuación de Richards para el estudio del flujo de agua en suelos insaturados, basada en el modelo de Brooks Corey

• Jorge Milton Lara Sinaluisa Facultad de Informática y Electrónica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, EC060155, Riobamba 060106, Ecuador.
• Cristian Luis Inca Balseca Facultad de Informática y Electrónica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, EC060155, Riobamba 060106, Ecuador.
• Hugo Rolando Sánchez Quispe Facultad de recursos naturales, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo Sede Orellana, el Coca 220150, Ecuador.
• Julio Cesar Mendoza Parra Decanato de Agronomía, Universidad Lisandro Alvarado, Barquisimeto, 3001, Venezuela

Palabras clave: cuencas hidrográficas, hidrología, modelización, riego.

Resumen

El movimiento de agua en el suelo es uno de los procesos físicos más importante para poder diseñar sistemas de riego, estimar los riesgos de contaminación de agrotoxicos, la recarga de acuíferos y el balance hidrológico en cuencas hidrográficas, para describir este proceso es necesario el conocimiento de un complejo de procesos físicos los cuales pueden ser modelados matemáticamente, de tal manera de definir modelos más precisos que permitan estimar el flujo de agua en el suelo con fines ingenieriles. Para ello se obtuvo una solución analítica de la ecuación de Richards aplicada a un suelo insaturado basada en el modelo de Brooks Corey, lo que permitió reducir la no linealidad de la ecuación diferencial, sin embargo la ecuación y sus condiciones de contorno al ser no homogéneas, ameritaron el uso combinado de los métodos de aproximación asintótica y el desarrollo de auto funciones. Los resultados arrojados en la solución de la ecuación de Richards empleando la relación constitutiva de Brooks-Corey generaron una respuesta en series de Fourier dependiente de los autovaloresλ_n y las autofuncionesϕn (z).

Citas

García, Y, Ramírez, Wendy y Sánchez, S: Indicadores de la calidad de los suelos: una nueva manera de evaluar este recurso. Pastos y Forrajes, Vol. 35, No. 2 (2012) 125-138.

Quintero, J. H. G., Anaya, O. C., Riobo, J. H. B. y Baquero, J. E: Evaluación de la estabilidad estructural y espacio poroso en un Oxisol de sabana de los Llanos Orientales de Colombia. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, Vol. 7, No. 1 (2016) DOI:https://doi.org/10.22490/21456453.1613.

Aguirre-Forero, S.E., Piraneque-Gambasica, N.V. y Vásquez-Polo, J.R.: Características edificas y su relación con usos del suelo en Santa Marta, Colombia. Entramado, Vol. 14, No. 1 (2018) 242-250.

Rodríguez, M.R.: Comparación del comportamiento del flujo del agua en un Ferrasol bajo riego por goteo superficial y sub superficial. Revista Ingeniería Agrícola, Vol. 4, No. 2 (2017) 3-9.

Saucedo, H., Zavala, M. y Fuentes C.: Modelo hidrodinámico completo para riego por melgas. Tecnología y ciencias del agua, Vol. 2, No. 2 (2012) 23-38.

Zavala, M., Saucedo, H. y Fuentes, C.: Modelos analíticos fractales para las propiedades hidráulicas de suelos no saturados. Agrociencia, Vol. 52, No. 8 (2018) 1059-1070.

Reina, I. C. N., Proaño, G. A. A., Flores, R. A. C. y Cabrera, C. F. I: Modeling and numerical simulation of the Richards equation for infiltration problems. Enfoque UTE, Vol. 7, No. 1 (2016) 46-58. DOI: https://dx.doi.org/10.29019/enfoqueute.v7n1.87

Sánchez, W. T., Aristizábal, E. F. G. y Posada, C. A. V.: Análisis numérico del proceso de infiltración de agua y localización de deformación en suelos parcialmente saturados. Revista EIA, Vol. 13, No. 25 (2016) 53-68.

Sadeghi, M.; Tuller, M.; Warrick, A.W.; Babaeian, E.; Parajuli, K.; Gohardoust, M.R. y Jones, S.B: An analytical model for estimation of land surface net water flux from near-surface soil moisture observations. Journal of hydrology, Vol. 570 (2019) 26–37.

Saucedo, H., Fuentes, C. y Zavala, M.: El sistema de ecuaciones de Saint-Venant y Richards del riego por gravedad: 3. verificación numérica de la hipótesis del tiempo de contacto en el riego por melgas. Tecnología y ciencias del agua, Vol. 21, No. 4 (2015) 135–143.

Carnero Carnero, E. G. y Carnero Guzmán, G. G.: Análisis numérico de infiltración de agua en un suelo residual no saturado utilizando la curva de retención de agua. Revista de Investigaciones Altoandinas, Vol. 20, No. 4 (2018) 439–450. DOI: https://dx.doi.org/10.18271/ria.2018.421

Sierra, E. Á., Díaz, L. Á. y González, M. T. A.: Una nueva alternativa numérica para la solución de la ecuación unidimensional de Richards: Estudio de drenaje e infiltración de fluidos en la zona no saturada. Investigación & Desarrollo, Vol. 6 (2006) 133-143.

Vigo, A. D., Zubelzu, S. y Juana, L.: Algoritmo para la resolución de la ecuación de Richards en 3-d para riego por goteo: método, validación y resultados preliminares. In Actas del XXXVII Congreso Nacional de Riegos, Don Benito (Badajoz), 4-6 de Junio de 2019. Asociación Española de Riegos y Drenajes y la Universidad de Extremadura. Investigación & Desarrollo (2019)

García-Aristizábal, E. F., Guzmán-Martínez, J. C., Gallego-Hernández, A. N y Vega-Posada, C. A.: Análisis Numérico Unidimensional del Proceso de Infiltración en Suelos Parcialmente Saturados Reforzados con Geosintéticos Permeables. Scientia et technica, Vol. 24, No. 1 (2019) 46-56.

Pérez García, N., Garnica Anguas, P., & Pola Velázquez, J. C.: Predicción de la curva característica con el modelo de proporcionalidad natural. Publicacióntécnica, Vol. 361 (2013).

Hayek, M.: Analytical solution to transient Richards’ equation with realistic water profiles for vertical infiltration and parameter estimation. Water Resources Research, Vol. 52, No. 6 (2016) 4438–4457. DOI: https://doi.org/10.1002/2015WR018533

Su, L., Yang, X., Wang, Q., Qin, X., Zhou, B. y Shan, Y.: Functional Extremum Solution and Parameter Estimation for One-Dimensional Vertical Infiltration using the Brooks–Corey Model. Soil Science Society of America Journal, Vol. 82, No. 6 (2018) 1319-1332. DOI: https://doi.org/10.3390/w10050593

Latorre, B. y Moret-Fernández, D.: Simultaneous estimation of the soil hydraulic conductivity and the van Genuchten water retention parameters from an upward infiltration experiment. Journal of Hydrology, Vol. 575 (2018) 461-469. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.03.011

Stewart, R.D. y AbouNajm, M.R: A Comprehensive Model for Single Ring Infiltration I: Initial 742 Water Content and Soil Hydraulic Properties. Soil Science Society of America Journal, Vol. 82, No. 3 (2018) 548-557. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj2017.09.0313