Simulación numérica de la dinámica del agua en el suelo. Aplicación al diseño de sistemas de riego LAF

Abstract

En aquesta tesi doctoral es desenvolupa un model de simulació de la dinàmica de l'aigua en el sòl amb la finalitat de servir de base al disseny de sistemes de reg localitzat d'alta freqüència i ajudar a la presa de decisions en el maneig d'aquests sistemes de reg. Es proposa també una metodologia per al disseny agronòmic. El conjunt model-diseny s'implementa en una sèrie de programes informàtics de fàcil utilització per a l'usuari.<br/>Per al desenvolupament del procediment numèric s'utilitza la teoria de fluix d'aigua en condicions de no saturació i sense contemplar l'efecte histéretic. Es resol l'equació de fluix axisimètric sense i amb extracció d'aigua per la planta. Aquesta equació no lineal es resol a partir de la definició d'un cilindre de sòl i el seu discretització. Mitjançant l'aplicació del principi de conservació de masses i de la llei de Darcy en els elements definits en el cilindre es determinen els continguts d'aigua en el sòl per a un determinat temps, a partir d'uns continguts d'aigua del sòl inicials. Es van considerar els distints horitzons del sòl, amb propietats físiques i hidràuliques distintes, i per a la simulació del terme extracció d'aigua pel conreu es va utilitzar una aproximació macroscòpica. Per a la realització dels càlculs es necessita la corba característica d'aigua del sòl i la funció conductivitat hidràulica. Per a l'obtenció d'aquestes 2 funcions, igual que per a altres paràmetres que són necessaris per a l'execució del model, es possibilita l'elecció de distints mètodes. La transpiració de la planta es va estimar mitjançant factors climàtics i determinades característiques de la planta. La verificació del model es va realitzar a partir de la comparança dels resultats de diverses simulacions amb els resultats de proves de camp dissenyades a aquest efecte. Es va concloure que els resultats de la simulació van ser satisfactoris en l'execució del model sense conreu però no en el model amb planta. Es posa de manifest la dificultat de verificació en camp d'aquest tipus de models per les deficiències que inevitablement tenen lloc en la realització de les proves experimentals. Per altra banda, el model es va mostrar sensible a la conductivitat hidràulica del sòl, al contingut inicial d'aigua del sòl, al cabal d'emissió i quan es contempla l'extracció d'aigua per la planta a les dimensions del sistema radicular.<br/>Finalment, es presenta una aplicació al disseny de sistemes rlaf, on les variables del disseny agronòmic es determinen per a unes determinades condicions de clima, sòl i planta. Igualment es determinen l'aigua acumulada en profunditat i lateralment, a distints temps de l'inici del reg, el front humit o zona d'influència del degotador i les corbes de isocontingut d'aigua del sòl. Aquest conjunt d'aplicacions es presenten informatitzades per al seu fàcil i ràpida execució.

En esta tesis doctoral se desarrolla un modelo de simulación de la dinámica del agua en el suelo con la finalidad de servir de base al diseño de sistemas de riego localizado de alta frecuencia y ayudar a la toma de decisiones en el manejo de estos sistemas de riego. Sepropone también una metodología para el diseño agronómico. El conjunto modelo-diseño se implementa en una serie de programas informáticos de fácil utilización para el usuario.<br/>Para el desarrollo del procedimiento numérico se utiliza la teoría de flujo de agua en condiciones de no saturación y sin contemplar el efecto histéretico. Se resuelve la ecuación de flujo axisimétrico sin y con extracción de agua por la planta. Esta ecuación no lineal se resuelve a partir de la definición de un cilindro de suelo y su discretización. Mediante la aplicación del principio de conservación de masas y de la ley de Darcy en los elementos definidos en el cilindro se determinan los contenidos de agua en el suelo para un determinado tiempo, a partir de unos contenidos de agua del suelo iniciales. Se consideraron los distintos horizontes del suelo, con propiedades físicas e hidráulicas distintas, y para la simulación del término extracción de agua por el cultivo se utilizó una aproximación macroscópica. Para la realización de los cálculos se necesita la curva característica de agua del suelo y la función conductividad hidráulica. Para la obtención de estas 2 funciones, al igual que para otros parámetros que son necesarios para la ejecución del modelo, se posibilita la elección de distintos métodos. La transpiración de la planta se estimó mediante factores climáticos y determinadas características de la planta.<br/>La verificación del modelo se realizó a partir de la comparación de los resultados de diversas simulaciones con los resultados de pruebas de campo diseñadas al efecto. Se concluyó que los resultados de la simulación fueron satisfactorios en la ejecución del modelo sin cultivo pero no en el modelo con planta. Se pone de manifiesto la dificultad de verificación en campo de este tipo de modelos por las deficiencias que inevitablemente tienen lugar en la realización de las pruebas experimentales. Por otra parte, el modelo se mostró sensible a la conductividad hidráulica del suelo, al contenido inicial de agua del suelo, al caudal de emisión y cuando se contempla la extracción de agua por la planta a las dimensiones del sistema radicular.<br/>Finalmente, se presenta una aplicación al diseño de sistemas rlaf, donde las variables del diseño agronómico se determinan para unas determinadas condiciones de clima, suelo y planta. Igualmente se determinan el agua acumulada en profundidad y lateralmente, a distintos tiempos del inicio del riego, el frente húmedo o zona de influencia del gotero y las curvas de isocontenido de agua del suelo. Este conjunto de aplicaciones se presentan informatizadas para su fácil y rápida ejecución.