Desarrollo y validación de un modelo de simulación de la dinámica del agua en el suelo. Aplicación al diseño agronómico y al manejo en riego localizado
- Autores: Gerard Arbat Pujolràs
- Directores de la Tesis: Francisco Ramírez de Cartagena Bisbe (dir. tes.), Javier Barragán Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Lleida ( España ) en 2006
- Idioma: español
- ISBN: 84-689-8318-7
- Depósito Legal: L-569-2006
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alberto Losada Villasante (presid.), Joaquin Monserrat (secret.), Juan Vicente Giráldez Cervera (voc.), Teodoro Montalvo López (voc.), José Javier López Rodríguez (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
- español
Els sistemes de reg localitzat són els que permeten assolir una major eficiència en lús de laigua. De totes maneres, la tecnologia del reg per si mateixa no garanteix aquest objectiu, a més cal un disseny i un maneig adequats a les característiques del sòl i de la planta.
En aquesta tesis es tracta laplicació de models de simulació del moviment daigua al sòl com a eina per a ajudar en el disseny i maneig dels sistemes de reg localitzat.
Una de les tasques que sha realitzat al llarg de la tesi es la dimplementar noves funcions en el model de simulació numèric SIMDAS (Ramírez de Cartagena i Sáinz, 1997). Aquest model no permetia considerar levaporació en sòl nu, la formació de la bassa en la superfície del sòl, ni la distribució daigua al sòl en una línea demissió continua. Tots aquests aspectes, que limitaven laplicació pràctica del model, han estat incorporats.
La distribució dels continguts daigua al sòl obtinguts amb el model SIMDAS sha comparat amb els dun altre model de simulació numèric, lHYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) i amb els de la solució analítica, vàlida en règim transitori, desenvolupada per Warrick (1974).
Els resultats de SIMDAS han mostrat una alta correlació amb els dHYDRUS-2D, especialment quan els temps de simulació han estat relativament curts, on el coeficient de determinació (R2) ha estat proper a 0.9. No es pot dir el mateix pel que fa a la solució de Warrick (1974) on els R2 han estat al voltant de 0.5.
Els resultats daquests tres models també shan comparat amb els de probes de camp realitzades en diferents tipus de sòl i sense presència de cultiu. Els resultats de la comparació han mostrat que els models SIMDAS i HYDRUS-2D prediuen la distribució daigua al sòl de forma similar. Larrel de lerror quadràtic mig (RMSE), que va ser lestadístic de comparació utilitzat, va estar comprés entre 0.02 y 0.05 cm3/cm3 en ambdós casos. Cal indicar que quan els temps de simulació van ser importants, els errors comesos amb el model SIMDAS van ser superiors als comesos amb HYDRUS-2D, fet que satribueix a una sobreestimació de levaporació en el model SIMDAS.
Es destaca que les mesures del contingut daigua al sòl, preses a camp amb una sonda TDR, no han estat exemptes derror. En les calibracions realitzades en relació al mètode gravimètric, els valors del RMSE van estar compresos entre 0.03 i 0.05 cm3/cm3.
La simulació de la dinàmica de la bassa formada sota els emissors realitzada amb SIMDAS es va comparar amb observacions experimentals i amb diverses solucions analítiques en règim permanent.
Levolució en el temps simulada pel model sajusta molt bé a les observacions realitzades. Pel que fa al radi màxim de la bassa calculat amb les solucions analítiques, aquest presenta importants diferencies amb el determinat amb SIMDAS i amb el que es va observar experimentalment. Dentre les solucions analítiques la de Wooding (1968) és una de les que prediu millor el radi màxim de la bassa. Tot i això aquesta solució, que sutilitza correntment en el disseny agronòmic dels sistemes de reg per degoteig, ha donat valors del radi màxim inferiors als valors observats i simulats amb SIMDAS, fet que podria comportar un sobre dimensionament de la instal·lació de reg.
Finalment també es va utilitzar el model HYDRUS-2D per tal de calibrar els paràmetres de les funcions hidràuliques del sòl a partir de mesures en continu del potencial i contingut daigua al sòl preses en una plantació de pomeres al llarg duna campanya de reg.
Aquest mètode invers va permetre ajustar els paràmetres de les funcions hidràuliques del sòl satisfactòriament quan es va disposar de mesures simultànies del contingut daigua i del potencial, però no quan només va disposar de mesures de contingut daigua.
RESUMEN Los sistemas de riego localizado son los que permiten alcanzar una mayor eficiencia en el uso del agua.
De todas maneras, la tecnología del riego por si misma no garantiza este objetivo, además son necesarios un diseño y un manejo adecuados a las características del suelo y de la planta.
En esta tesis se trata la aplicación de los modelos de simulación del movimiento de agua en el suelo como herramienta para ayudar al diseño y manejo de los sistemas de riego localizado.
Una de las tareas que se han realizado a lo largo de la tesis es la de implementar nuevas funciones en el modelo SIMDAS (Ramírez de Cartagena y Sáinz, 1997). Este modelo no permitía considerar la evaporación en un suelo sin cobertura vegetal, la formación del charco en la superficie del suelo, ni la distribución de agua en el suelo bajo una línea de emisión continua. Todos estos aspectos, que limitaban la aplicación práctica del modelo, han sido incorporados.
La distribución de los contenidos de agua en el suelo obtenidos con el modelo SIMDAS se han comparado con los de otro modelo de simulación numérico, HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) y con los de la solución analítica, valida en régimen transitorio, desarrollada por Warrick (1974).
Los resultados de SIMDAS han mostrado una alta correlación con los de HYDRUS-2D, especialmente cuando los tiempos de simulación han sido relativamente cortos, en cuyo caso el coeficiente de determinación (R2) fue cercano a 0.9. No puede decirse lo mismo en referencia a la solución de Warrick (1974) dado que los R2 fueron aproximadamente de 0.5.
Los resultados de estos tres modelos también se compararon con los de las pruebas de campo realizadas en distintos tipos de suelo y sin presencia de cultivo. Los resultados de la comparación mostraron que los modelos SIMDAS y HYDRUS-2D predicen la distribución de agua en el suelo de forma similar. La raíz del error cuadrático medio (RMSE), que fue el estadístico de comparación utilizado, estuvo comprendida entre 0.02 y 0.05 cm3/cm3 en ambos casos. Debe indicarse que cuando los tiempos de simulación fueron largos, los errores cometidos con el modelo SIMDAS fueron superiores a los cometidos con HYDRUS-2D, hecho que se atribuye a una sobreestimación de la evaporación en el modelo SIMDAS.
Se destaca que las medidas del contenido de agua en el suelo, realizadas en campo con una sonda TDR, no estuvieron exentas de error. En las calibraciones realizadas en relación al método gravimétrico, los valores de la RMSE estuvieron comprendidos entre 0.03 y 0.05 cm3/cm3.
La simulación de la dinámica del charco formado bajo los emisores realizada con SIMDAS se comparó con observaciones experimentales y con diversas soluciones analíticas en régimen permanente. La evolución en el tiempo simulada por el modelo se ajusta muy bien a las observaciones realizadas. En lo que se refiere al valor del radio máximo del charco calculado con la soluciones analíticas, presenta diferencias importantes respecto a los valores calculados con SIMDAS y respecto a las observaciones experimentales. Entre las soluciones analíticas la de Wooding (1968) es la que mejor predice el radio máximo del charco. Aún así esta solución, que se utiliza corrientemente en el diseño agronómico de los sistemas de riego por goteo, dio valores del radio máximo inferiores a los observados y a los simulados con SIMDAS, hecho que podría comportar un sobredimensionamiento de la instalación de riego.
Finalmente también se utilizó el modelo HYDRUS-2D para calibrar los parámetros de las funciones hidráulicas del suelo a partir de medidas en continuo del potencial y del contenido de agua en el suelo tomadas en una plantación de manzanos a lo largo de una campaña de riego.
Este método inverso permitió ajustar los parámetros de las funciones hidráulicas del suelo satisfactoriamente cuando se dispuso de medidas simultáneas del contenido de agua y del potencial, pero no cuando sólo se dispuso de medidas del contenido de agua.
Una vez calibrado el modelo, este permitió predecir la evolución del estado hídrico del suelo a lo largo de la campaña de riego.
Una vegada calibrat el model aquest va permetre predir levolució de lestat hídric del sòl al llarg de la campanya de reg.
- English
Microirrigation systems are those which allow achieving higher efficiency in water use. In any case,irrigation technology by itself doesnt guarantee this goal, besides a design and management according to soil and plant characteristics are required.
In this thesis we treat the application of simulation models for soil water movement as a tool to help in the design and management of microirrigation systems.
One of the tasks that we realised along the thesis was to implement new functions in the numerical simulation model SIMDAS (Ramírez de Cartagena and Sáinz, 1997). This model could not take into account evaporation into bare soil, formation of pounded area on soil surface, nor distribution of water beneath a continuous emission line. All these aspects, which limited practical application of the model has been incorporated.
Distribution of soil water contents computed with SIMDAS model has been compared with the ones of another numerical model, HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) and with the ones of a time-dependent analytical solution, developed by Warrick (1974).
Results of SIMDAS show a high correlation with the results of HYDRUS-2D, especially when simulation time was relatively short, in which case determination coefficient (R2) has been close to 0.9. The same could not be said in which concern Warricks (1974) solution, as R2 has been around 0.5.
The results of these three models have been also compared with the ones obtained from field experiences in different soil types uncultured.
The results of the comparison have showed that SIMDAS and HYDRUS-2D models predict soil water distribution in a similar way. Root mean square error (RMSE), which was the statistical of comparison used, was included between 0.02 and 0.05 cm3/cm3 in both cases. We should note that, when simulation time was relatively long, RMSE was higher with SIMDAS that with HYDRUS-2D, this fact was attributed to an overestimation of the evaporation in SIMDAS model.
We also should emphasize that the measurement of soil water content, take at field with TDR probe, was not error free. In calibrations realized comparing TDR measurement with gravimetric ones, RMSE values were included between 0.03 and 0.05 cm3/cm3.
Simulation of the dynamics of pounded area under the emitter carried out with SIMDAS was compared with experimental observations and with different analytical solutions in permanent regime. The evolution in time simulated by the model fits very well the observed values. In which concerns maximum radius of pounded area computed with the analytical solutions, this differs very much from both, SIMDAS and experimental results. Between analytical solutions, Woodings (1968) predicts better pounded radius. Nevertheless this solution, which is extensively used in the design of microirrigation systems, gave values of maximum pounded radius under the observed ones and also under the simulated with SIMDAS, this fact could yield an over dimensioning of the irrigation system.
Finally we also use HYDRUS-2D model to calibrate parameters of the hydraulic soil functions from continuous measurements of potential and water content into the soil taken in an apple plantation alongthe irrigation campaign.
This inverse method allowed fitting the parameters of the soil hydraulic functions satisfactorily when we had simultaneous measurements of soil water content and potential, but not when we only had soil water content measurements.
Once the model was calibrated, it allows predicting soil water status along the irrigation campaign.
- español
