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EVAPOTRANSPIRACION
Agroclima: un programa para el cálculo de la evapotranspiración por el método
FAO Penman-Monteith desde...
método FAO56 en planillas de cálculo o, con mínima programación, desde
cualquier aplicación capas de importar funciones de...
Se presenta una breve descripción de HYDRUS que permite modelar el flujo en
medios porosos no saturados.
HYDRUS: El progra...
especificada y las condiciones de borde de flujo específico. HYDRUS-2D resuelve
la ecuación de Richards en dos dimensiones...
superfical y el flujo subsuperficial para poder determinar el caudal superficial con
mayor precisión y obtener en forma si...
Este valor debe ser afectado por otros factores, siendo los más importantes:
•Precipitación (Fp) (Se recomienda un valor n...
Los coeficientes de cultivo están en función del tamaño de los doseles o canopies
y de que tanto está expuesta la planta a...
1620 0.51
1800 0.54
1980 0.57
2160 0.59
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La eficiencia del sistema de riego es calculada de a...
Los responsables de manejar los viñedos normalmente limitan la disponibilidad de
agua para madurar las vides como una herr...
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Evapotranspiracion e infiltracion

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PROGRAMAS QUE ESTUDIAN ESTOS PROCESOS

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Evapotranspiracion e infiltracion

  1. 1. EVAPOTRANSPIRACION Agroclima: un programa para el cálculo de la evapotranspiración por el método FAO Penman-Monteith desde planillas de cálculo o lenguajes de programación Introducción El Paper 56 de la serie FAO Irrigation and Drainage (Allen et al., 1998, referido aquí como FAO56) constituye la revisión más reciente del procedimiento para estimar la evapotranspiración de referencia (ETP). El método se basa en la ecuación Penman-Monteith recomendada por un Comité de Expertos convocado por la FAO en 1990 (Smith et al., 1992). El método ha tenido aceptación; no obstante, una limitante para su aplicación es la ausencia de un programa de computación que permita implementarlo de manera sencilla. CROPWAT (Smith, 1992) versión 4 es el último programa desarrolló la FAO para calcular la ETP por el método FAO56. El programa es poco flexible; la entrada de datos climáticos requiere un formato específico (CLIMWAT; Simth, 1993) y solo permite el cálculo de la ETP mensual. CROPWAT fue sucedido por REF-ET (Allen, 2000) el cual permite calcular la ETP diaria, pero mantiene limitaciones en el intercambio de datos. Otro programa, ET_CSDLL (Donatelli et al, 2003), consiste en una serie de rutinas capaces de calcular la ETP, contenidas en una librería de intercambio dinámico para Windows (archivo DLL). Muchas aplicaciones tienen la capacidad de invocar esas rutinas. No obstante, la comunicación (interface) entre el programa y la librería ET_CSDLL se debe realizar por medio de una estructura especial de datos, por lo que su uso requiere programar la interface. Esas rutinas tampoco pueden usarse, sin una tediosa programación, como función de planillas de cálculo, cuyo resultado se actualiza automáticamente al modificar la planilla. El objetivo de este trabajo es presentar el desarrollo de un programa, AGROCLIMA, diseñado para calcular la ETP por el
  2. 2. método FAO56 en planillas de cálculo o, con mínima programación, desde cualquier aplicación capas de importar funciones desde una DLL. LA INFILTRACIÓN SOFTWARE EXISTENTE PARA INFILTRACIÓN Y FUNCIONES HIDRÁULICAS DE SUELOS Programas que Permiten Modelar Flujo en Medios Porosos Existen diversos modelos que permiten predecir el movimiento del agua y los químicos en y a través de la zona no-saturada del suelo. Estos modelos numéricos necesitan de la estimación de numerosos parámetros. Esto es particularmente cierto cuando se analiza las propiedades hidráulicas de los suelos no-saturados, propiedades que dependen de la velocidad a la cual el agua y los químicos disueltos se mueven dentro del suelo. En los últimos años se han desarrollado numerosos métodos de laboratorio y de campo para determinar las funciones hidráulicas de los suelos (Klute, 1986), aunque la mayoría de ellos son costosos y difíciles de implementar (Van Genchten, Leij y Yates, 1991). Las mediciones in situ de la conductividad hidráulica del suelo son actualmente difíciles y muy lentas. Así, es necesario utilizar métodos más expeditivos y rápidos para determinar las propiedades de los suelos no-saturados. A continuación se presenta una breve lista de software que permite abordar el problema de la infiltración desde distintos puntos de vista. Entre los programas más 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
  3. 3. Se presenta una breve descripción de HYDRUS que permite modelar el flujo en medios porosos no saturados. HYDRUS: El programa HYDRUS, es un programa para simular flujo unidimensional, transporte de un sólo soluto y movimiento de calor, en un medio variablemente saturado. Hydrus-2D permite realizar el análisis 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 ecuación de Richards, y Anexo 3: Software Existente - 156 los solutos y el movimiento de calor usando ecuaciones de transporte convección y dispersión. El programa también considera histéresis en las propiedades hidraúlicas del suelo no saturado. En la versión unidimensional el flujo puede ser considerado en dirección vertical, horizontal o inclinado. Aunque se simula también 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 histéresis tanto en la retención suelo-agua como en las funciones de conductividad hidraúlica. Permite escalar la funciones hidraúlicas de suelo no saturado para tener en cuenta los cambios continuos en las propiedades hidráulicas. Además, considera condiciones alternativas de drenaje de bordes. Los antecedentes de este programa son el código 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 código de HYDRUS asume flujo unidimensional en un suelo variablemente saturado bajo condiciones isotérmicas. Permite además, el uso de tres modelos analíticos diferentes para propiedades hidraúlicas de suelos (Brooks y Corey, 1966; van Genuchten, 1980; y Vogel y Cislerová, 1988), también permite que las propiedades hidraúlicas se puedan leer directamente de tablas. Implementa las funciones de van Genuchten (1980) que usan la distribución estadística tamaño de poro del modelo de Mualem (1976) para obtener una ecuación de predicción para la función de conductividad hidráulica en términos de los parámetros de retención de agua del suelo. Utiliza un proceso para escalar las funciones para simplificar la descripción de la variabilidad en las propiedades hidráulicas no saturadas de los perfiles de suelo heterogéneos. Asume que la variabilidad hidráulica en cierto punto del perfil del suelo puede ser aproximada por un conjunto de transformaciones lineales que relacionan las características hidraúlicas individuales con las características de referencia. La técnica se basa en el concepto introducido por Miller y Miller (1956) para medios porosos que difiere solamente en la escala de la geometría. HYDRUS implementa dos tipos de condiciones para describir las interacciones sistemas independientes en los bordes de la región de flujo. Estas, son condiciones de borde de carga de presión
  4. 4. especificada y las condiciones de borde de flujo específico. HYDRUS-2D resuelve la ecuación de Richards en dos dimensiones para el flujo de agua no saturado y la ecuación de Fick para el transporte de solutos. La ecuación de flujo incorpora un término 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 hidráulicas de los suelos no saturados UNSODA es un programa que consiste en una base de datos de las propiedades hidráulicas de los suelos no saturados (contenido de humedad, conductividad hidráulica y difusividad del agua en el suelo), propiedades básicas del suelo (distribución del tamaño de partículas, densidad, contenido de materia orgánica, etc.) e información 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 hidráulicos de los suelos no saturados con expresiones analíticas 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 paramétricos de Brooks-Corey (1964) y van Genuchten (1978) para representar las curvas de retención de agua del suelo, y los modelos de distribución teórica del tamaño de poros de Mualem (1976a) y Burdine (1953) para determinar la función de conductividad hidráulica en Anexo 3: Software Existente - 157 función de los datos observados de retención de agua del suelo. El programa también permite un ajuste analítico simultáneo de los datos observados de retención de agua y conductividad. El código de RETC es descendiente del código SOHYP (van Genuchten, 1978). RETC incluye una valuación directa de las funciones hidráulicas cuando los parámetros del modelo son conocidos, también incluye una forma más flexible para introducir los parámetros para los procesos de optimización y la posibilidad de evaluar los parámetros del modelo de los datos observados de conductividad y retención de agua. El código de RETC puede ser modificado fácilmente para tener en cuenta los procesos más complicados como flujo histerético bifásico (Lenhard y otros, 1991) o el flujo preferencial (Germann, 1990). 3.3 Modelos para cálculo 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 cálculo de infiltración 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 ecuación de Richards es altamente no lineal y no existen soluciones cerradas. Todos estos programas necesitan la definición de las propiedades hidráulicas de los suelos y en muchos casos necesitan los parámetros de las funciones hidráulicas para los distintos modelos. Este trabajo busca determinar entonces el escurrimiento
  5. 5. superfical y el flujo subsuperficial para poder determinar el caudal superficial con mayor precisión y obtener en forma simultánea cómo se encuentra el suelo. EJEMPLOS: INFILTRACION: Tasa de infiltración (T) T = 30/11 (30 minutos entre lecturas y 11 cm, como última diferencia) = 2.73 min/cm -Velocidad de infiltración (Vp) Este valor, con base en el anterior, se obtiene de tablas o fórmulas; para este caso se puede aproximar al valor de Vp = 8,20 x 10-7 m/seg (de la tabla del AyA) o se interpola para una magnitud más exacta. - Caudal o gasto (Q) de agua por día que recibirá el suelo. Para este ejemplo, se estima que una persona representa una descarga de 162 litros/día. (Es muy importante definir este dato teniendo en cuenta, por ejemplo “usos” de agua que a veces se tienen tan altos como 400 litros por persona por día, o en forma contraria es posible contar con la utilización, en el proyecto, de artefactos de bajo consumo y reglas claras para un uso racional del agua). ==> Una casa con 6 personas producirá (162 x 6) = 972 lt/día por lo que haciendo las conversiones ese valor representa: Q = 972 lt/día = 0,972 m3/día = 0,000 011 25 m3/seg = 1,112 5 x 10-5 m3/seg = 0,011 25 litros / segundo - Cálculo del Área de infiltración que se requiere en zanjas o pozos Ai = Q/Vp; obteniéndose el dato en metros cuadrados Ai = 1,125 x 10-5 / 8,20 x 10-7 = 13,72 m2
  6. 6. Este valor debe ser afectado por otros factores, siendo los más importantes: •Precipitación (Fp) (Se recomienda un valor no menor a 2,5, sin embargo, debe definirse con claridad para qué zona del país es ese valor. Ya que si el patrón fuese San José, ese dato deberá ajustarse de acuerdo a las diferencias de precipitación media que se registran para otros lugares más lluviosos). •El revestimiento superior (rc) (“0” con nada cubriendo la superficie del terreno y casi 1, al cubrirse) No puede ser 1, ya que la ecuación se indetermina) . Entonces, Superfície del terreno o área verde requerida: A’c = Ai (Fp) A’c = 13.72 (2,5) = 34,3 m2 Superficie total requerida para el campo de infiltración: Ac = A’c / (1 - rc) Ac = 34,3 / (1 – 0) = 34,3 m2 (mismo valor para este caso del ejemplo, donde no se colocará NADA encima. Nótese con la ecuación que si se va “tapando” ya sea colocando losetas u otros revestimientos superiores, la superficie de terreno requerida para ubicar el campo de infiltración será mayor). Este cálculo es muy importante, porque de esta forma se determina la parte del lote que se debe destinar al campo de infiltración. El detalle a resaltar es que siempre se ha asumido darle importancia solo al cálculo de la “longitud de drenaje” y, el proceso correcto no es solo eso. Es necesario también tener claro que para un buen proyecto se debe saber qué tan grande debe ser la superficie requerida para colocar ahí toda esa longitud de drenaje que se calculó. EVAPOTRANSPIRACION. Fórmula para la Estimación del Uso del Agua Uso del Agua = (ETo X Kc) dividido entre la eficiencia del sistema de irrigación Consulte una estación meteorológica agrícola para obtener las tasas diarias. La ETo diaria puede resumirse considerando el periodo de tiempo que coincida con su horario de riego, o considerando el periodo que transcurrió desde el último riego o lluvia significativa. Por ejemplo, para los cálculos que se muestran en este resumen, nosotros utilizaremos el ETo diario de los últimos siete días.
  7. 7. Los coeficientes de cultivo están en función del tamaño de los doseles o canopies y de que tanto está expuesta la planta a los rayos solares directamente. La relación del tamaño del dosel y la exposición a los rayos solares con el consumo de agua de la planta de vid ha sido estudiada extensivamente por el Dr. Larry Williams en California. Su investigación ha demostrado que el Kc del viñedo puede ser estimado, calculando el porcentaje de la aérea del viñedo que está sombreado al medio día (12 pm). La Tabla 1 nos muestra una estimación de Kc realizada por Williams (2001) en un viñedo en donde los tallos están distribuidos verticalmente bajo el sistema VSP y en donde el espaciamiento entre filas es de 8 pies. Asumimos que el dosel alcanza su tamaño final con Kc=0.51 para el ejemplo mostrado en este articulo. Tabla 1. Ejemplo de coeficientes de cultivo para la vid con un sistema de guiado VSP y con una distancia entre filas de 8 pies. Grados-Día (F) Kc (Filas de 8 pies) 180 0.13 360 0.17 540 0.21 720 0.26 900 0.31 1080 0.37 1260 0.42 1440 0.46
  8. 8. 1620 0.51 1800 0.54 1980 0.57 2160 0.59 2340 0.61 2520 0.62 2700 0.62 La eficiencia del sistema de riego es calculada de acuerdo al tipo de sistema que se usa. El riego por goteo es el más eficiente y sus valores van de 0.85 a 0.95 (de 85 a 95% de eficiencia). Para el riego por aspersión los valores son .60 y .75 y para el riego por surcos de entre .40 y .50. En el ejemplo siguiente, asumimos un riego por goteo con una eficiencia del 90 por ciento. Ejemplo del Cálculo del Uso del Agua Se asume Acumulativo 7 días ETo = 1.69 pulgadas Coeficiente de Cosecha de la uva Kc= 0.51 Eficiencia del sistema de riego por goteo 90% = 0.90 Cálculo Uso del Agua = (1.69 X 0.51) / 0.90 Uso del Agua = 0.96-pulgadas Nuestra estimación de ET ha determinado que 0.96 pulgadas de agua se han perdido en el viñedo en los últimos siete días, pero no significa necesariamente que queremos reemplazar toda el agua que se perdió. Mantener agua en abundancia en los viñedos hace que las plantas de vid continúen creciendo, lo cual dificultará el control del dosel, creando doseles sombreados, haciendo que el manejo de las enfermedades sea más difícil, y reduciendo la calidad de la fruta.
  9. 9. Los responsables de manejar los viñedos normalmente limitan la disponibilidad de agua para madurar las vides como una herramienta para controlar el crecimiento. Williams encontró que remplazando solamente el 75 por ciento del agua que se pierde reducirá el crecimiento de las vides, afecta muy poco el rendimiento. El limitar más la cantidad de agua en el viñedo se conoce con el nombre de “deficiencia de irrigación” o “riego deficitario”, esta estrategia avanzada de irrigación se usa para manipular el crecimiento de la planta y probablemente influenciar la calidad de la fruta. Se aconseja que los responsables de los viñedos consulten más literatura referente al tema y consideren experimental en una parcela pequeña antes de utilizar esta estrategia en todo el viñedo. Ejemplo del Cálculo de Cuanta Agua Aplicar Para nuestro ejemplo, estamos asumiendo que se desea reemplazar el 85 por ciento del agua que se ha utilizado. 0.96 pulgadas X 0.85 = 0.82 pulgadas de riego se necesitan para reemplazar el 85 por ciento del agua utilizada durante los últimos siete días. Las pulgadas deben convertirse en galones para determinar por cuánto tiempo debe de regarse. Estos cálculos usan el factor de conversión acre-pulgada y pies cuadrados que ocupa una sola planta de vid en su viñedo. Nosotros asumiremos una vid X fila con un espaciamiento de 4 pies X 8 pies para este ejemplo, por lo que área cubierta por una planta de vid es de 32 pies cuadrados. Constantes y Supuestos Tasa de Riego Deseada = 0.82 pulgadas 1 acre-pulgada = 27,152 galones 1 acre = 43,560 pies cuadrados Espaciamiento entre vides = 4 pies, Espaciamiento entre hileras = 8 pies Área por vid = (4 pies X 8 pies) = 32 pies cuadrados Cálculos 0.82 pulgadas X 27,152 gal/acre-pulgada = 22,265 gal/acre 22,265 gal/acre X (32 pie cuadrados / 43,560 pies cuadrados) 22,265 gal/acre X 0.000735 acre/vid =16.36 gal por vid para reemplazar el 85 por ciento del agua usada en los últimos siete días.

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