WEAP requiere la entrada de datos para estimar los componentes del balance hídrico para cada una de las unidades espaciales básicas que tienen que ser identificados en el modelo. Estas unidades básicas de modelación corresponden a las zonas de captación denominadas en el modelo como catchments. Los catchments tienen que ser definidos a través de procedimientos de delimitación de subcuencas (Institute, Guía Metodológica : Modelación Hidrológica y de Recursos Hídricos con el modelo WEAP, 2009).
El método MABIA es una simulación diaria de la transpiración, la evaporación, las necesidades de riego y la programación, el crecimiento del cultivo y los rendimientos, e incluye módulos para la estimación de la evapotranspiración de referencia y de la capacidad de agua del suelo. El Método MABIA utiliza el método de doble Kc, como se describe en la FAO Riego y Drenaje No. 56, mediante el cual el valor de Kc se divide en un coeficiente basal del cultivo, Kcb, y un componente separado, Ke, que representa la evaporación de la superficie del suelo. El coeficiente de cultivo basal representa condiciones reales ET cuando la superficie del suelo es la humedad zona de la raíz seca, pero está presente suficiente para apoyar la plena transpiración. Fue derivado de la suite MABIA de herramientas de software, desarrollado en el Instituto Nacional Agronómico de Tunisie (INAT) por el Dr. Ali Sahli y Mohamed Jabloun (Environment, 2009).
Los pasos en los cálculos MABIA son los siguientes:
1. Evapotranspiración de Referencia (ETo).
La evapotranspiración de referencia o de cultivo es la tasa de evapotranspiración de una superficie de referencia, que ocurre sin restricciones de agua. La superficie de referencia corresponde a un cultivo hipotético de pasto con características específicas. Este concepto se introduce para estudiar la demanda evaporativa de la atmósfera independientemente del tipo de cultivo, de estado de desarrollo y de su manejo. Los factores que afectan a la evapotranspiración de referencia son los factores climáticos, pudiendo ser calculada con parámetros climatológicos. (Temperatura, humedad relativa, velocidad del viento, etc.).
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Según el panel de expertos e investigadores en riego organizado por la FAO en mayo de 1990, recomendó la adopción del método combinado de Penman-Moteith como nuevo método estandarizado para el cálculo de la evapotranspiración de referencia y aconsejó sobre los procedimientos para el cálculo de los varios parámetros que la fórmula incluye. El método FAO Penman-Moteith fue desarrollado haciendo uso de la definición del cultivo de referencia como un cultivo hipotético con una altura asumida de 0,12 m, con una resistencia superficial de 70 S/m y un albedo de 0,23 que representa a la evapotranspiración de una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo activamente y con adecuado regado .
Existen tres tipos de evapotranspiración de cultivo:
Estándar (ETc): las condiciones estándar de los cultivos son: que se desarrollen en campos extensos, bajo condiciones agronómicas excelentes y sin limitaciones de humedad en el suelo.
Referencia (ETo): ocurre sin restricciones de agua, la superficie de referencia corresponde a un cultivo hipotético de con características específicas, los únicos factores que afectan la ETo son los parámetros climáticos.
No estándar (ETc aj): se refiere a la evapotranspiración de cultivos que crecen bajo condiciones ambientales y de manejo diferentes de las condiciones estándar.
2. Capacidad de agua del suelo.
Corresponde a la capacidad hidráulica del suelo, las funciones de pedotransferencia se relaciona con la composición textural del suelo. El método MABIA requiere datos sobre la capacidad de retención de agua a capacidad de campo y punto de marchitez, para el uso de la tierra de captación. Debido a que la medida directa de la capacidad de retención de agua del suelo, incluyendo la saturación, capacidad de campo y punto de marchitez, puede ser costoso y lleva mucho tiempo, las funciones de pedotransferencia fueron desarrollados para convertir más fácilmente, datos obtenibles en estos valores de capacidad de retención de agua.
La función de los perfiles de suelo estima la capacidad media de agua del suelo (saturación, capacidad de campo y punto de marchitez), utilizando una de las seis funciones de pedotransferencia disponibles (PTF), con el fin de determinar la capacidad de agua del
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suelo para la captación del uso del suelo. Esta función puede hacer un promedio sobre varios perfiles de suelo (sitios de muestreo) y los horizontes del suelo (capas). Como una alternativa al uso de los perfiles de suelo, se puede introducir la capacidad de campo y el punto de marchitez directamente, o elegir una clase de textura de la Biblioteca del suelo (Hernandez & Londoño Pérez , 2014)
Hay diferentes tipos de PTFs. un primer tipo se basa en clasificar los suelos por su composición textural y asignar iguales parámetros asumiendo que suelos similares tienen parámetros hidráulicos similares. Otro grupo de PTF se basa en ecuaciones de regresión lineal y/o no lineal ofreciendo una solución con propiedades hidráulicas que varían en forma continua a través del triángulo de clasificación textural del USDA.
3. Coeficiente basal del cultivo (Kcb)
El coeficiente basal de cultivo (Kcb) se define como la relación entre la evapotranspiración del cultivo y la evapotranspiración de referencia (ETc/ETo) cuando la superficie del suelo se encuentra seca pero la transpiración mantiene su tasa potencial, es decir donde la transpiración no está limitada por la ausencia del agua (FAO O. d., 2009).
4. Coeficiente de evaporación (Ke)
El coeficiente de evaporación en el suelo (Ke), describe el componente de la evaporación que ocurre en la superficie del suelo. Si el suelo se encuentra húmedo después de una lluvia o riego, el valor de Ke puede ser grande. Sin embargo, en ningún caso, la suma de los coeficientes Kcb y Ke podrá exceder en un valor máximo, Kc máx. el cual es definido por la cantidad de energía disponible en la superficie del suelo para el proceso de evapotranspiración. El valor de Ke se reducirá a medida que se seca la superficie del suelo y será igual a cero cuando no exista agua para la evaporación. La estimación del valor de Ke requiere del cálculo del balance diario del agua en el suelo, para determinar el contenido de humedad remanente en la capa superior del suelo (FAO O. d., 2009).
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5. Evaporación potencial y real del cultivo (ETc y ETa)
Evapotranspiración potencial o estándar (ETc):
𝐸𝑇𝑐 = 𝐾𝑐∗ 𝐸𝑇𝑜 𝐸𝑇𝑐= (𝐾𝑐𝑏+ 𝐾𝑒) ∗ 𝐸𝑇𝑜 Donde:
ETc: Evapotranspiración de cultivo (mm/d). Kc: Coeficiente de cultivo (adimensional)
ETo: evapotranspiración de cultivo de referencia (mm/d) Ke: Coeficiente de la evaporación del agua del suelo.
El coeficiente de cultivo (Kc) expresa los cambios en la vegetación y el grado de cobertura del suelo. Esta variación del coeficiente Kc a lo largo del crecimiento del cultivo está representada por la curva del coeficiente de cultivo. Para describir y construir la curva del coeficiente del cultivo se necesitan solamente tres valores de Kc: los correspondientes a la etapa inicial (Kc ini), la etapa de mediados de temporada (Kc med) y la etapa final (Kc fin).
Ilustración 37: Curva generalizada del coeficiente del cultivo, correspondiente al procedimiento del coeficiente único del cultivo.
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Evapotranspiración real del cultivo (ETa): A menudo las cantidades de precipitación y riego
no son suficientes para abastecer el requerimiento completo de ETc. En estas situaciones, el contenido de agua del suelo en la zona de la raíz se reduce a niveles muy bajos para permitir que las raíces de las plantas extraigan la cantidad completa de ETc. En estas condiciones, se dice que se produce estrés de agua.
𝐸𝑇𝑐 𝑎𝑗 = (𝐾𝑠∗ 𝐾𝑐𝑏+ 𝐾𝑒)𝐸𝑇𝑜 El coeficiente de estrés, Ks, es estimado como:
𝐾𝑠= { 1, 𝐷𝑟 ≤ 𝑅𝐴𝑊 𝑇𝐴𝑊 − 𝐷𝑟 𝑇𝐴𝑊 − 𝑅𝐴𝑊= 𝑇𝐴𝑊 − 𝐷𝑟 (1 − 𝑝)𝑇𝐴𝑊; 𝐷𝑟 > 𝑅𝐴𝑊 Dónde:
Dr: Agotamiento en la zona de la raíz, que se define como la escasez de agua con
respecto a la capacidad de campo (mm).
RAW: Agua fácilmente disponible (mm).
TAW: Agua disponible total del suelo en la zona de raíces (mm).
p: Factor de agotamiento, la fracción de TAW que un cultivo puede extraer de la zona de
la raíz sin sufrir estrés hídrico [0-1].
6. Balance de agua en la zona radicular:
El balance diario del agua en la zona radicular del suelo, expresado en términos de agotamiento al final del día, es por lo tanto:
𝐷𝑟,𝑖= 𝐷𝑟,𝑖−1− 𝑃𝑖+ 𝑅𝑂𝑖− 𝐼𝑖− 𝐶𝑅𝑖− 𝐸𝑇𝑎,𝑖+ 𝐷𝑃𝑖 Dónde:
Dr,i: Agotamiento en la zona radicular al final del día i (mm).
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P i: Precipitación en el día i (mm), limitado por la velocidad de infiltración máxima diaria (mm).
ROi: Escorrentía superficial de la superficie del suelo en el día i (mm). Ii: Lámina neta de riego que se infiltra en el suelo durante el día i (mm). CRi: Ascenso capilar del agua subterránea en el día i (mm).
ETa,i: Evapotranspiración real del cultivo en el día i (mm).
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