Anexo 3: Software Existente - 155

ANEXO 3: SOFTWARE EXISTENTE PARA INFILTRACIN Y FUNCIONES HIDRULICAS DE SUELOS

3.1 Programas que Permiten Modelar Flujo en Medios Porosos Existen diversos modelos que permiten predecir el movimiento del agua y los qumicos en y a travs de la zona no-saturada del suelo. Estos modelos numricos necesitan de la estimacin de numerosos parmetros. Esto es particularmente cierto cuando se analizan las propiedades hidrulicas de los suelos no-saturados, propiedades que dependen de la velocidad a la cual el agua y los qumicos disueltos se mueven dentro del suelo. En los ltimos aos se han desarrollado numerosos mtodos de laboratorio y de campo para determinar las funciones hidrulicas de los suelos (Klute, 1986), aunque la mayora de ellos son costosos y difciles de implementar (Van Genchten, Leij y Yates, 1991). Las mediciones in situ de la conductividad hidrulica del suelo son actualmente difciles y muy lentas. As, es necesario utilizar mtodos ms expeditivos y rpidos para determinar las propiedades de los suelos no-saturados. A continuacin se presenta una breve lista de software que permite abordar el problema de la infiltracin desde distintos puntos de vista. Entre los programas ms conocidos que permiten modelar flujo en medios porosos se encuentran : - HYDRUS - UNSATCHEM-2D - CHAIN-2D - MODFLOW - GMS - VS2DI - CHEMFLOW - HST3D - SOILCO2 - D-HYSAM - NOUR EL-DIN - TETRANS - MOC3D - SALTMOD - VLEACH Se presenta una breve descripcin de HYDRUS que permite modelar el flujo en medios porosos no saturados.

3.1.1. HYDRUS El programa HYDRUS, es un programa para simular flujo unidimensional, transporte de un slo soluto y movimiento de calor, en un medio variablemente saturado. Hydrus-2D permite realizar el anlisis del flujo de agua y transporte de solutos en medios porosos no saturados en dos dimensiones. Ambas versiones modelan el flujo del agua usando la ecuacin de Richards, y

Anexo 3: Software Existente - 156

los solutos y el movimiento de calor usando ecuaciones de transporte conveccin y dispersin. El programa tambin considera histresis en las propiedades hidralicas del suelo no saturado. En la versin unidimensional el flujo puede ser considerado en direccin vertical, horizontal o inclinado. Aunque se simula tambin el movimiento de calor, el programa asume que el proceso del flujo de agua no se afecta por los cambios de la temperatura en el sistema. El programa permite histresis tanto en la retencin suelo-agua como en las funciones de conductividad hidralica. Permite escalar la funciones hidralicas de suelo no saturado para tener en cuenta los cambios continuos en las propiedades hidrulicas. Adems, considera condiciones alternativas de drenaje de bordes. Los antecedentes de este programa son el cdigo de WORM (van Genuchten, 1987), versiones anteriores de HYDRUS (Kooly van Genuchten,1991), SWM_II (Vogel,1987) y SWMS_2D (Simunek y otros, 1994). El cdigo de HYDRUS asume flujo unidimensional en un suelo variablemente saturado bajo condiciones isotrmicas. Permite adems, el uso de tres modelos analticos diferentes para propiedades hidralicas de suelos (Brooks y Corey, 1966; van Genuchten, 1980; y Vogel y Cislerov, 1988), tambin permite que las propiedades hidralicas se puedan leer directamente de tablas. Implementa las funciones de van Genuchten (1980) que usan la distribucin estadstica tamao de poro del modelo de Mualem (1976) para obtener una ecuacin de prediccin para la funcin de conductividad hidralica en trminos de los parmetros de retencin de agua del suelo. Utiliza un proceso para escalar las funciones para simplificar la descripcin de la variabilidad en las propiedades hidralicas no saturadas de los perfiles de suelo heterogneos. Asume que la variabilidad hidralica en cierto punto del perfil del suelo puede ser aproximada por un conjunto de transformaciones lineales que relacionan las caractersticas hidralicas individuales con las caractersticas de referencia. La tcnica se basa en el concepto introducido por Miller y Miller (1956) para medios porosos que difiere solamente en la escala de la geometra. HYDRUS implementa dos tipos de condiciones para describir las interacciones sistema independientes en los bordes de la regin de flujo. Estas, son condiciones de borde de carga de presin especificada y las condiciones de borde de flujo especfico. HYDRUS-2D resuelve la ecuacin de Richards en dos dimensiones para el flujo de agua no saturado y la ecuacin de Fick para el transporte de solutos. La ecuacin de flujo incorpora un trmino de sumidero al igual que HYDRUS 5.0. Permite analizar el movimiento de agua y solutos en medios no saturados, parcialmente saturados o completamente saturados (Simunek y otros, 1996).

3.2 Modelos que describen las propiedades hidrulicas de los suelos no saturados UNSODA es un programa que consiste en una base de datos de las propiedades hidrulicas de los suelos no saturados (contenido de humedad, conductividad hidrulica y difusividad del agua en el suelo), propiedades bsicas del suelo (distribucin del tamao de partculas, densidad, contenido de materia orgnica, etc.) e informacin adicional sobre el suelo y los procedimientos experimentales. El programa puede utilizarse para: (1) guardar y editar datos, (2) buscar datos, (3) escribir los contenidos de conjuntos de datos seleccionados y (4) para describir los datos hidrulicos de los suelos no saturados con expresiones analticas de forma cerrada, (Leij y otros, 1996). RETC (RETention Curve), fue desarrollado por van Genuchten, Leij y Yates dentro del Laboratorio de Salinidad de U.S.A., Departamento de Agricultura. El programa usa los modelos paramtricos de Brooks-Corey (1964) y van Genuchten (1978) para representar las curvas de retencin de agua del suelo, y los modelos de distribucin terica del tamao de poros de Mualem (1976a) y Burdine (1953) para determinar la funcin de conductividad hidrulica en

Anexo 3: Software Existente - 157

funcin de los datos observados de retencin de agua del suelo. El programa tambin permite un ajuste analtico simultneo de los datos observados de retencin de agua y conductividad. El cdigo de RETC es descendiente del cdigo SOHYP (van Genuchten, 1978). RETC incluye una valuacin directa de las funciones hidrulicas cuando los parmetros del modelo son conocidos, tambin incluye una forma ms flexible para introducir los parmetros para los procesos de optimizacin y la posibilidad de evaluar los parmetros del modelo de los datos observados de conductividad y retencin de agua. El cdigo de RETC puede ser modificado fcilmente para tener en cuenta los procesos ms complicados como flujo histertico bifsico (Lenhard y otros, 1991) o el flujo preferencial (Germann, 1990). 3.3 Modelos para clculo de las necesidades de agua de los cultivos Existen programas que se utilizan para determinar las necesidades de agua de los cultivos, entre los mismos se encuentran: CROPWAT ClimWat 3.4 Comentarios Hay numerosos programas para el clculo de infiltracin en medios porosos saturados o no saturados. Estos programas permiten resolver el problema para casos particulares, en general medios semi-infinitos, debido a que la ecuacin de Richards es altamente no lineal y no existen soluciones cerradas. Todos estos programas necesitan la definicin de las propiedades hidrulicas de los suelos y en muchos casos necesitan los parmetros de las funciones hidrulicas para los distintos modelos. Este trabajo busca determinar entonces el escurrimiento superfical y el flujo subsuperficial para poder determinar el caudal superficial con mayor precisin y obtener en forma simultnea cmo se encuentra el suelo.