3.1 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 analizan 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
Se presenta una breve descripción 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 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
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 hidraúlica 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 hidraúlicas no saturadas de los perfiles de suelo heterogéneos. Asume que la variabilidad hidraúlica 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 sistema independientes en los bordes de la región de flujo. Estas, son condiciones de borde de carga de presión 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
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 superfical y el flujo subsuperficial para poder determinar el caudal superficial con mayor precisión y obtener en forma simultánea cómo se encuentra el suelo.