Hidrología de Suelos

1. Hidrología de Suelos http://hydrolab.arsusda.gov/smex02/photos/July08/images/1.jpg http://www.berries4u.com/Growing_files/drip2.jpg

2. Contenidos • Para hacer que el agua entre:Infiltración • Deshacerse de agua: drenaje • Cuanta agua tiene: Presión y contenido de agua • El mundo real: Al igual que los seres humanos, hay muchos tipos de suelo y bastante variabilidad entre ellos. • Para resumir: Un ejemplo súper simple

3. Infiltración y Drenaje: ¿Porqué son importantes? • Los procesos básicos de riego incluyen: • Que haya agua en el suelo (infiltración). • Mantener agua en el suelo (abastecimiento). • Sacar sales de suelos. • Sacar el agua que está demás (drenaje). • Sin estos procesos, la agricultura con riego no es posible (hay muchos ejemplos históricos). • Estos procesos están en manos de los agricultores.

4. Tubos capilar Superficies de liquido Infiltración: ¿Porqué ocurre? 1. Gracias a la tensión capilar. Hay una atracción entre agua y superficies de los minerales • Hace lazos químicos importantes entre los minerales del suelo y agua, que sacan con fuerza el agua. 30 g. de arcilla tiene la misma superficie de una cancha de fútbol 2. Gravedad Gravedad hace que los objetos desciendan • Agua siempre va hacia abajo si no hay obstáculos.

5. Infiltración: ¿Porqué ocurre? 3. Presión. El agua va a lugares de menor presión ¿Presión del agua menor a cero? Si, por ejemplo a una manguera llena de agua, usted la cubre con el dedo pulgar va a sentir la presión negativa. Esto ocurre cada día en el campo

6. Infiltración: ¿Qué hace que disminuya? Hasta ahora las fuerzas ayudan a la infiltración • La tasa de infiltración está limitada por la resistencia hídrica del suelo. • Es lo que se llama conductividad o permeabilidad, generalmente denominada con el símbolo “K”. Infiltración es un equilibrio entrecapilaridad,gravedad,presión,yresistencia.

7. La Tasa de Infiltración en el Tiempo Se Acelera o Disminuye? Vamos a ver • La tensión capilar es constante…y... • La energía de gravedad aumenta con profundidad de infiltración …pero... • La resistencia de flujo aumenta con profundidad de infiltración …entonces... Tenemos que considerar dos casos: de lado y vertical.

8. La Tasa de Infiltración en el Tiempo • Infiltración horizontal (p.e., lados de un surco) • No hay influencia de gravedad; la tensión capilar es constante en el frente • Con el tiempo, la resistencia es más grande – La infiltración es más lento en el tiempo. • La tasa de infiltración disminuye con la raíz cuadrada del tiempo. Ej.: Si el primer cm. de infiltración horizontal necesitó 1 hora, la segunda va a necesitar 4 horas, y la tercera 9 horas!

9. Infiltración Horizontal Resultados Surco infiltración 3 cm/hr 0.3 cm/hr

10. Infiltración Horizontal Resultados: en t1/2 Surco infiltración La infiltración adelante con tiempo ^1/2 infiltración mojado seco

11. Tasa de Infiltración en el Tiempo: Caso Vertical • Infiltración vertical disminuye en el tiempo también, pero menos que la horizontal. • En los primeros minutos la situación es parecida a la horizontal, porque las fuerzas capilares dominan. • Después, gravitación es la fuerza más grande. La tasa de la infiltración máxima con gravedad es la conductividad hídrica, Ks

12. Infiltración:comparación de los casos Ultimo tasa de infiltración vertical Infiltración (cm) Tiempo (minutos)

13. Importancia de la estructura de suelo en la infiltración Granular Prismática Plano Rápido Moderado Lento

14. Infiltración según tamaño del predio: ¿qué factores la controlan? • Los resultados anteriores son para fuentes ilimitadas. ¿Qué pasa cuando se riega? Vamos a considerar los sistemas de riego por: • Tendido • Surco • Aspersión • Goteo

15. Infiltración con riego por tendido Infiltración está limitado por el Suelo, hay mucha infiltración en regiones de alta conductividad, y después hay flujo lateral lento Agua Suelo húmedo Infiltración horizontal Línea de infiltración Infiltración vertical Suelo seco

16. Infiltración con riego por surco Cabeza del Surco Fin del Surco Riego Insuficiente Percolacion profunda Profundidad de raices Características: -No hay uniformidad entre la cabeza y el fin del surco -El suelo tiene control de infiltración: alta variabilidad -Es Mejor que el tendido, porque el flujo va en una dirección -Puede mejorar la uniformidad con PAM, mulch, pulsación de aplicación, etc.

17. Infiltración con riego por aspersión Ejemplo: Pivote Central. - Cerca del centro la tasa de aplicación es baja, entonces el control de infiltración es por suministro, en general uniforme - Cerca del fin de sistema la tasa de aplicación es muy alta. Con redistribución superficial, muchas veces hay problemas de uniformidad y erosión (peor que riego con tendido). Fin del sistema Pivote Limitado por permeabilidad Limitado por aplicación

18. Infiltración con riego por goteo Punto de aplicación Punto de aplicación Texturas franco/arcillosos -Generalmente se obtiene una pluma esférica -Las fuerzas capilares dominan Suelos arenosos: -Las fuerzas capilares son mínimas, entonces no hay infiltración lateral

19. ¿Cuando medir la capacidad de infiltración? • Cuando se está diseñando un sistema nuevo y se tiene dudas si el suelo tiene permeabilidad suficiente (p.e., Pivote central en suelo franco) • Cuando hay evidencia de problemas de infiltración bajo un sistema que existe: • Charcos bajo aspersores • Cuando el avance del agua en surcos es demasiado lento

20. ¿Cómo medir infiltración? Infiltrómetro de Doble Anillo: - barato - durable - requiere mucha agua - fisuras, hoyos, etc. son problemáticos

21. Todos Tamaños http://www.geo.vu.nl/~geomil/pics/reading-ring-infiltrometer-small.jpg Photo: Paul Measles http://www.turf-tec.com/in10-w.jpg http://www.gw-env-group.com/Photos/Geotechnical/Double_Ring_Test.jpg

22. ¿Cómo medir infiltración? • Permeámetro de pozo: • Facilita la medición en profundidades hasta 6m • Usa poca agua • Indica las propiedades capilares y de permeabilidad hídrica

23. ¿Cómo medir infiltración? Entrada de aire Infiltrómetro de Tensión • El mejor método para valorar permeabilidad y capilaridad en la superficie. • La región para medir es pequeña (diámetro de 30 cm). • Difícil de usar. • Alto costo (US$1.500). Depósito Columna de burbujas Disco de aplicacion

24. ¿Cómo medir infiltración? Métodos de laboratorio • No son difíciles (baratos) • Información típica (en todos los informes) • Falta de precisión porque las muestras son pequeñas (hoyos, y fisuras tienen demasiado impactos)

25. ¿Cómo medir infiltración? • Mapas de suelo tienen descripciones de propiedades hídricas.Deberían ser su primera opción • Métodos de investigación: • Infiltrómetro de recirculación de agua en surcos • Método de Perfil Instantáneo • Método continuos dentro de una tasa riego variable espacial

26. Porque charcos pequeños son problemas grandes • Charcos indican que aplicación es mayor que la capacidad de infiltración. • El agua desciende desde lugares altos hasta lugares bajos donde infiltra. • Los lugares altos no tienen suficiente agua. • Los lugares bajos no tienen nutrientes (ellos están en los aquíferos).

27. Drenaje: la espada de doble filo http://www.maes.msu.edu/ressta/saginawvalley/Soil/drainage.htm Drenaje es una parte esencial de manejo de suelos agrícolas Sin Drenaje: • Acumulación de sal • Problemas de tránsito en predios • Problemas de aireación Con demasiado drenaje: • Se pierden nutrientes • Mal abastecimiento de agua http://www.northlandtrenching.com/85Interdrain2030GP.jpg http://www.maes.msu.edu/ressta/saginawvalley/Soil/17S15drain.jpg

28. Lo que tiene que saber: Falta de Drenaje Puede Matar • Innumerable culturas se han desesperado por la falta de drenaje. • En este momento, lugares grandes en los EEUU, Pakistán, Bangladesh y Egipto (entre otros) tienen alto riesgo de perder mucha tierra por problemas de drenaje. ¡Cuidado! La falta de drenaje puede matar!

29. Agua Pura Agua Salina Drenaje en Climas Aridos: eliminación de la sal http://www.agr.gc.ca/pfra/pub/fepg22.jpg ¿Cuáles son los problemas que sepuede tener con el suelo? • Falta nutrientes • Pérdida de suelo por erosión • Salinización del suelo • La salinización ocurre porque la sal que aparece con riego y precipitación queda en el suelo porque no es posible evaporar • Si las sales que son aplicadas al suelo quedan en la superficie (i.e., sin suficiente drenaje) va a perder el suelo.

30. La ciencia de drenaje: lindos campos en Holanda y ecuaciones largas • Hay muchas ecuaciones para diseñar sistemas de drenaje • Estas ecuaciones son buenas para suelo que es uniforme, muy profundo, sin pendiente o fisuras • En el mundo real nosotros usamos experiencia en una lugar y consideraciones de equipos disponibles locamente. http://alumni.cse.ucsc.edu/~jasonz/images/windmill.jpg

31. La realidad de drenaje: Localizar un lugar bajo • El problema más típico en drenaje es que no hay un buen lugar para liberar el agua de drenaje. • Ejemplo: Pakistán • Punto: si no tiene un lugar bajo, va a tener que comprar una motobomba http://www.southasianfloods.org/ graphic/gallery/bang/bang_1.gif

32. La practica de drenaje: Encuentre una instalador local Suficiente.

33. Abastecimiento de agua en suelos • Por supuesto, es la capacidad del agua que permite a los cultivos crecer. • Previsto de los puntos importantes: • Es la profundidad de las raíces la que determina el volumen del suelo (y, entonces, agua) que es accesible. • El tipo del suelo determina el abastecimiento potencial para esta profundidad • El tipo de cultivo determina el grado de sequía que se puede permitir antes de riego

34. Presión y contenido de agua: ¿Porqué tres sistemas? • Tensiómetros, mide la presión (igual de tensión) del suelo • Neutrómetros, mide el contenido del agua volumétrica en el suelo • Cuando sacamos una muestra del suelo generalmente obtenemos la humedad gravimétrica ¿Necesitamos los tres sistemas?

35. Qué es importante para los cultivos: Presión • La presión en un tubo cerrado lleno con agua y abierto abajo, es negativa arriba. • Puede imaginar suelo húmedo como un grupo de tubos microscópicos llenos con agua • Los tubos más grandes pierden el agua primero, y después los más pequeños cuando la presión es más negativa. Presión negativa Presión = 0

36. Presión y elevación: Potencial total

37. Que aplicamos: Agua • Aunque los cultivos tienen interés solamente en lo difícil que es sacar agua del suelo, nosotros manejamos la aplicación del agua y hacemos decisiones en cuanto necesitamos aplicar. • Generalmente, las decisiones de cuando es necesario regar debería tener criterio en que presión hay. • Al mismo tiempo, decisiones de cuanto aplicar, tienen criterio de volumen de agua

38. “Las Curvas Características” La conexión entre presión y contenido de agua: Este concepto es fundamental para entender abastecimiento de agua en el suelo

39. Paso 1: aplicar agua al suelo (1) Medir cuanta agua infiltra cuando la presión va de - hasta 0. Recuerde que Psoil = wgH

40. Ahora, secar, y re-humectar... (2) Bajar la fuente de agua. (3) Repetir la operación (1). Esta prueba demuestra los conceptos físicos más importantes con respecto de abastecimiento de agua en suelo. (2) (3)

41. Vamos a mirar los pasos uno por uno con los curvas (1): Llenar 1, 2, 3 • Cuando la presión está más cerca a cero, el suelo está más húmedo 1 Presión 2 3 Contenido de agua

42. El proceso de drenaje Curva de drenaje Principal (2) Drenaje Principal 3, 4, 5 ¿Por qué no es igual que la curva de infiltración? • “Saltas de Haines” & otra fuentes de histeresis . • Grado de la saturación es una función de la presión y la historia del suelo con agua. • Por esta razón, estas curvas se llaman histeresis. 5 Presión 4 3 Contenido de agua

43. Identificación de los puntos importantes • hw es la presión de los poros más grandes al llenar en el proceso de infiltración. • ha la presión que aire puede entrar en drenaje • r: ¿Por qué no hay drenaje hasta  = 0? • Agua en vínculos químicos. • Agua en lugares aislantes. • su: Hay unos poros que no están llenos porque hay aire que no puede salir (10%) Presión Contenido de agua

44. Unas curvas mas • Observe que podemos revertir estos procesos en cualquier lugar, ej. 6, 7, y 8 • Ellos son ejemplos de curvas intermedias de nivel primera, segunda, y tercera 6 8 Presión 7 Contenido de agua

45. Un modelo Simple • Ilustración de “Saltos de Haines” • Infiltración • agua no puede entrar hasta la presión hw = 2/r2 • Drenaje • agua no puede salir hasta la presión ha = 2/r1

46. Unos valores típicos • Punto de marchitez permanente (aprox. -15 bar) • Contenido de saturación (especifico por suelo) • Capacidad del campo (especifico por suelo - aprox. 1/3 bar) • Déficit Máximo permisible (específico para cada cultivo) qsat Capacidad de campo PMP

47. Influencia de textura en la disponibilidad de agua

48. Valores típicos de las propiedades

49. Suelos variables: La realidad • Hasta este punto todos los valores y conceptos son para suelos homogéneos • Por supuesto, todos son variables, y unos tienen alta variabilidad • No es una noticia para ustedes, pero los investigadores consideraron esto solo recientemente • Necesitamos considerar cada parámetro para determinar que valor a usar

50. Suelos VariablesAgua disponible para cultivos (AWC): ¿Dónde quiere cosecha completa? • Suponer que hay:-Arena en un lugar (AWC = 0.07)-Franco en otras partes (AWC = 0.28) • Tiene que regar con frecuencia cuatro veces más en la arena que el franco Para programar riego considerar el suelo con la AWC más baja de donde quiere cosecha completa.