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T7 Edafologia AG1012, El agua en el suelo (Prof. Ignacio Morell Evangelista)

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AG1012, UJI, Edafología, El agua del suelo,

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T7 Edafologia AG1012, El agua en el suelo (Prof. Ignacio Morell Evangelista)

  1. 1. 7. EL AGUA EN EL SUELO  Formas de agua en el suelo  Estado energético del agua en el suelo  Curvas de retención  Flujo de agua en el suelo  Infiltración  Perfil de humedad  Balance hídrico AG1012 Geología, Edafología y Climatología Prof. Ignacio Morell Evangelista
  2. 2. Formas de agua en el suelo • Agua de retención: agua retenida en los poros o alrededor de las partículas del suelo en contra de la acción de la gravedad • Agua higroscópica: agua inmóvil que rodea a las partículas del suelo y sólo se desplaza en estado vapor (retención por medio de enlaces químicos entre los dipolos del agua y las valencias libres de los minerales) • Agua pelicular: rodeando las partículas del suelo y el agua higroscópica con una pequeña película que no sobrepasa 0.1 micras (retención por fenómenos de tensión superficial)
  3. 3. • Agua capilar: agua retenida en conductos de pequeño tamaño (microporos) por fenómenos de capilaridad y tensión superficial • Agua capilar aislada o colgada. Ligada a la ZNS. Eliminar por centrifugación. • Agua capilar continua. Ligada a la ZS, así su presencia puede alcanzar varios metros de altura en materiales arcillosos y milímetros en gravosos. • Agua gravífica: agua que se desplaza libremente por el suelo bajo efecto de la gravedad Formas de agua en el suelo
  4. 4. Estado energético del agua en el suelo La energía asociada al agua del suelo es una medida de las fuerzas a las que está sometida Fuerzas actuantes Fuerzas derivadas del campo gravitatorio Fuerzas derivadas de la matriz (rígida o no rígida) Fuerzas derivadas de los iones en disolución: composición del agua Fuerzas externas: gases, capa freática Tiene incidencia sobre: Disponibilidad de agua para las plantas Movimiento del agua en el suelo Propiedades mecánicas del suelo
  5. 5. Concepto de potencial del agua en el suelo El potencial total es la cantidad de trabajo necesario, por unidad de cantidad de agua pura, que debe realizarse por fuerzas externas la sistema para transferir reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde el estado de referencia a la fase líquida del suelo en el punto considerado Unidades Energía/masa J/kg-1 Energía/volumen J m-3 = N m m-3 = N m-2 = Pa (Pascal) Energía/peso J N-1 = N m N-1 = m Ψt = Ψg + Ψp +Ψo + Ψp Ψt = potencial total (efecto de la gravedad) Ψg = potencial gravitatorio Ψp = potencial matricial (interacciones del agua con la matriz sólida) Ψo = potencial osmótico o de soluto Ψp = potencial de presión
  6. 6. En la práctica, sólo se suele considerar el potencial de succión (F), incluido en el matricial, y el potencial gravitacional (z), de manera que el potencial total (h) se puede expresar como: h = z - F en donde h está expresado en unidades de energía por unidad de peso (cm ó m). Si la altura de referencia es asumida como z = 0 en la superficie del suelo: h = F Esta presión se la denomina presión capilar, succión o tensión (F) que se expresa en centímetros de altura de agua y refleja la tendencia del medio no saturado a succionar agua o a repeler aire. Concepto de potencial del agua en el suelo
  7. 7. Medida de potencial del agua en el suelo
  8. 8. • Curva de retención o curva de succión-humedad, representa la evolución del contenido volumétrico o grado de saturación en función de la succión y refleja la capacidad del suelo para retener agua en función de la succión ejercida • Característica de cada suelo • Su forma depende de la estructura del suelo y de la geometría y distribución de los tamaños de los poros Curvas de retención
  9. 9. . . .. . . . . . secado humedecimiento limo arenoso 0.44 0.40 0.36 0 -60 -120 -180 -240 h (cm) θ(cm3 /cm3 ) Determinación en campo Determinación en laboratorio Referencias •Histéresis: Se debe a que los ángulos de contacto del agua con la fase sólida son distintos en mojado y en secado •Usos • Determinar el índice de humedad disponible en suelo • Estimar ciertos valores de humedad característicos de la relación suelo- agua-planta (cc, pm) • Clasificar los suelos • Detectar cambios en la estructura del suelo • Determinar la relación entre la tensión de la humedad y otras propiedades físicas Curvas de retención
  10. 10. Curvas de retención
  11. 11. -1 -10 -100 -1000 -10000 -100000 -1000000 20 40 60 Capacidad de campo Punto de marchitamiento Punto higroscópico Potencial (kPa) θ (%) Agua gravitacional Agua disponible No disponible Curvas de retención
  12. 12. Retención de agua en el suelo • Capacidad de campo: grado de humedad de una muestra que ha perdido su agua gravífica (agua que queda en el terreno después de un riego o lluvia y podrá ser aprovechada por las plantas). • Punto de marchitamiento: grado de humedad de un suelo que rodea la zona radicular de la vegetación, tal que la succión de las raíces es menor que le retención del agua por el terreno y en consecuencia la planta no puede extraerla. • Punto higroscópico: grado de humedad que corresponde al agua higroscópica, la cual no se desplaza Suelo no saturado
  13. 13. ZNS Franja capilar ZS Prof 00 - + PresiónHumedad
  14. 14. • Curva de conductividad - succión Potencial h (cm) K (θ) Suelo arenoso Suelo arcilloso 10-3 10-5 10-7 10-1 101 103 -105 -103 -101 Otras curvas características
  15. 15. • La succión y el potencial total del agua son los responsables de la retención y del movimiento del agua en el suelo • Condiciones externas (lluvia, ET, ascenso capilar) • Propiedades hidrodinámicas del suelo • Flujo microscópico y flujo macroscópico • La ley de Darcy se cumple en condiciones de equilibrio para el flujo macroscópico Flujo de agua en el suelo
  16. 16. z h Kq ∂ ∂ −= )(θ Ley de Darcy para régimen estacionario q Flujo de Darcy o volumen de agua que circula a través de una superficie unidad por unidad de tiempo (cm3 /cm2 día) K(θ) Conductividad hidráulica (cm/día) h Potencial (tensión, en cm) z Distancia, cm ∂θ ∂ ∂ ∂t q z = − ( ) ∂θ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂t z K h h z = +            1 Ecuación de Richards, para cuando el contenido de humedad o la tensión cambian con el tiempo (régimen no estacionario) Flujo de agua en el suelo
  17. 17. El índice de infiltración (I) es el flujo de agua por unidad de tiempo y de área total •Factores • Características del suelo • Tipo de cubierta vegetal • Estado de humedad del suelo • Existencia de grietas • K • Granulometría, etc. • Características de la lluvia o cantidad de agua de riego • Calidad del agua • Contenido salino, • Temperatura • Sodicidad • Características del medio • Pendiente • Vegetación • Factores interferentes: laboreo, paso de maquinaria, etc. Flujo de agua en el suelo
  18. 18. Cálculo de la infiltración  Mediante la integración numérica de la ecuación de Richards (mayor rigor)  Formulas empíricas  Ecuación de Horton  Experimentalmente  Lisímetros  Infiltrómetros, miden la capacidad del suelo para infiltrar.  Concentración de cloruros, se supone que el acuífero no aporta cloruros, y los que existen proceden de la infiltración del agua de lluvia. [ ] [ ]as p Cl Cl I =
  19. 19. Perfil de humedad
  20. 20. Perfil de humedad. Redistribución
  21. 21. Balance hídrico del suelo
  22. 22. Balance hídrico del suelo

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