Modelo hidrodinámico completo para riego por melgas

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2011)

Se presenta un modelo numérico para riego por melgas basado en el acoplamiento interno de las ecuaciones de Saint-Venant y Richards, el cual permite describir las fases de avance, almacenamiento, consumo y recesión del riego por melgas. La solución de las ecuaciones de Saint-Venant se aproxima utilizando un esquema Lagrangiano en diferencias finitas, mientras que para la ecuación de Richards se utilizan elementos finitos para la integración en el espacio y diferencias finitas implícitas para la integración en el tiempo. Los resultados obtenidos permiten concluir que el modelo puede ser utilizado con fines de diseño de riego por melgas.

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Riego por melgas Acoplamiento numérico Fase de almacenamiento CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Programa de cómputo para analizar la dinámica del agua en sistemas de drenaje agrícola subterráneo

Computer program to analyze the water dynamics in subsurface agricultural drainage systems

MANUEL ZAVALA TREJO HEBER ELEAZAR SAUCEDO ROJAS CARLOS FUENTES RUIZ (2014)

El análisis del drenaje agrícola requiere una herramienta computacional que facilite a un usuario describir los cambios del manto freático somero y del flujo de drenaje considerando las propiedades del suelo, las características físicas y disposición espacial de los drenes y las tasas verticales de recarga o descarga del acuífero (infiltración o evapotranspiración). En este estudio se desarrolló el programa de cómputo con interfaz gráfica llamado DRENAS que simula el funcionamiento hidráulico de sistemas de drenaje subterráneos; su módulo de cálculo principal contiene una solución numérica de la ecuación de Boussinesq unidimensional para acuíferos libres, considerando el coeficiente de almacena¬miento del acuífero una función de la carga hidráulica y re¬presentando la recarga vertical como función del tiempo. En este módulo se pueden emplear relaciones no lineales entre el flujo de drenaje y la carga hidráulica sobre el dren, llamadas condiciones de frontera de radiación fractal y radiación convexa.

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Drenaje agrícola Hidrodinámica Programas de computación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Pérdidas por intercepción de la vegetación y su efecto en la relación intensidad, duración y frecuencia (IDF) de la lluvia en una cuenca semiárida

ALVARO ALBERTO LOPEZ LAMBRAÑO CARLOS FUENTES RUIZ ENRIQUE GONZALEZ SOSA (2017)

Se cuantifica el componente hidrológico de la intercepción en vegetación semiárida y se evalúa el efecto en la relación

intensidad-duración-frecuencia de la precipitación. La intercepción se determina mediante la simulación de lluvias a diferentes intensidades sobre muestras con cubierta vegetal herbácea; se obtienen los componentes del balance hidrológico, como lámina precipitada, lámina escurrida, lámina almacenada en un espesor de suelo a un contenido de humedad inicial dado y lámina drenada. A partir de precipitaciones máximas, en 24 horas se obtienen las curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF) de la precipitación para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años, estableciendo cuatro escenarios con diferentes cubiertas vegetales para evaluar el efecto del componente de la intercepción en dichas curvas.

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Balance hídrico Modelación hidrológica Lluvias Simulación CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Estimación de parámetros de infiltración a partir de mediciones de avance de riego por melgas empleando las ecuaciones de Saint-Venant, y Green y Ampt

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2016)

Se presenta un método para realizar la estimación de parámetros de infiltración con base en el empleo de las ecuaciones de Saint-Venant para describir el flujo del agua sobre el suelo, y la ecuación de Green y Ampt para representar el flujo del agua en el suelo. La estimación de los parámetros hidrodinámicos de conductividad hidráulica a saturación y presión en el frente de humedad, se realiza aplicando el método Levenberg-Marquardt. El modelo así obtenido, permite el ajuste de los parámetros hidrodinámicos a partir de datos de pruebas de avance de riego por melgas y de la textura del suelo.

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Riego por inundación controlada Modelos matemáticos Método Levenberg-Marquardt CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Diseño de riego por melgas empleando las ecuaciones de Saint-Venant, y Green y Ampt

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2015)

Se presenta un método de diseño de riego por melgas basado en la aplicación de un modelo que emplea las ecuaciones de Saint-Venant, para describir el flujo del agua sobre el suelo, y la ecuación de Green y Ampt, para representar el flujo del agua en el suelo. La principal ventaja del modelo presentado es el poco tiempo de cómputo que requiere para su aplicación, en comparación con el necesario para ejecutar un modelo hidrodinámico completo reportado en la literatura, mismo que emplea las ecuaciones de Saint-Venant para el flujo del agua sobre el suelo, acopladas internamente con la ecuación de Richards, que permite modelar el flujo del agua en el suelo.

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Riego por inundación controlada Modelos matemáticos Gasto óptimo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Modelación fractal de la conductividad hidráulica de los suelos no saturados

CARLOS FUENTES RUIZ FERNANDO BRAMBILA PAZ jean-yves parlange (2001)

En este trabajo se estudia, desde un punto de vista teórico, la conductividad hidráulica que interviene en la ley de Darcy generalizada a los suelos no saturados. La relación entre el contenido volumétrico de agua y la conductividad hidráulica se establece a partir de la hipótesis de que las leyes de Poiseuille y Darcy describen el movimiento del agua en los niveles microscópico y macroscópico, respectivamente. En la emergencia de la ley macroscópica, a partir de la ley microscópica, se hace la distinción entre los radios de poro que definen la porosidad areal y la porosidad volumétrica. Las relaciones entre los radios y las porosidades han sido establecidas a partir de los conceptos de la tortuosidad de las trayectorias del movimiento del agua y de la correlación entre los poros. Conceptos que tienen como base una relación entre la porosidad volumétrica total y la dimensión fractal del suelo. Esta distinción ha permitido obtener un modelo conceptual de la conductividad hidráulica, al cual se le han introducido las hipótesis clásicas relativas a los pesos de los radios en la resistencia ofrecida al movimiento del agua por el suelo, gracias a lo cual se tienen diferentes modelos particulares. Una simplificación de estos modelos ha conducido a reencontrar los modelos clásicos propuestos en la literatura. Las correcciones empíricas aportadas a los modelos clásicos de la conductividad hidráulica relativa a la conductividad hidráulica a saturación se justifican en el formalismo de la geometría fractal. Las correcciones dependen del valor de la dimensión fractal de cada suelo.

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Conductividad hidráulica Suelos no saturados Dimensión fractal CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Radiación no lineal en la ecuación de Richards bidimensional aplicada al drenaje agrícola subterráneo

MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ Heber Saucedo (2005)

Se presenta una aproximación mecanicista para modelar el funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje agrícola subterráneo, el cual consiste en acoplar numéricamente la ecuación de Richards bidimensional para el flujo de agua en el suelo con la ecuación de continuidad y una ley de resistencia para el flujo de agua en el dren. Este acoplamiento se realiza imponiendo, en el perímetro de los drenes, la condición de radiación no lineal de Zavala et al. (2003). Haciendo uso de evidencia experimental, se evalúa la capacidad de descripción tanto del modelo basado en la condición de radiación no lineal como del modelo clásico reportado en la literatura, que impone en los drenes una condición de superficie de filtración. A partir de la comparación con datos experimentales, se muestra que con la condición de superficie de filtración se sobrestima el gasto de drenaje y el abatimiento de la superficie libre debido a que se considera nula la resistencia en la interfaz suelo saturado-dren. La validación experimental permite mostrar que la descripción de las transferencias de masa y energía, que se desarrollan en un sistema de drenaje agrícola subterráneo durante la recesión del manto freático, debe realizarse imponiendo en los drenes la condición de radiación no lineal.

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Drenaje agrícola subterráneo Modelos numéricos CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Una solución de elemento finito para la transferencia de agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo

Heber Saucedo CARLOS FUENTES RUIZ MANUEL ZAVALA TREJO (2002)

Se ha desarrollado una solución de elemento finito de la ecuación bidimensional de Richards, para describir el movimiento del agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo. La solución de elemento finito ha sido parcialmente validada con una solución analítica exacta de la ecuación de Richards para una columna semi-infinita de suelo sujeta a una condición de flujo constante sobre la superficie del suelo, la cual describe la evolución temporal del perfil de humedad sobre el dren mientras la posición del frente de humedecimiento sea menor que la profundidad del dren. La comparación de los perfiles de humedad en un suelo arenoso y otro arcilloso ha permitido seleccionar un solo paso de tiempo numérico para aproximar la solución exacta en ambos suelos con un error relativo máximo menor de 0.25%. La solución de elemento finito ha sido aplicada para describir el funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje instalado en una parcela agrícola de un distrito de riego ubicado en la zona semiárida del noroeste de México, aceptando la presencia de una superficie de filtración en el dren. El suelo de textura esencialmente arcillosa ha sido caracterizado, desde el punto de vista hidrodinámico, a partir de su curva granulométrica y su porosidad, a partir de una prueba de drenaje en la parcela. La conductividad hidráulica a saturación y un valor característico de la presión se estimaron a fin de minimizar los errores entre el hidrograma proporcionado por la solución y el hidrograma observado experimentalmente. El hidrograma teórico proporcionado, por la solución de elemento finito, describe las características matemáticas, como la presencia de un punto máximo, del hidrograma experimental. Las fases de crecimiento y recesión del hidrograma son igualmente bien descritas por la solución. Esto valida el tratamiento de la condición de frontera en el dren como una superficie de filtración. En consecuencia, la solución propuesta puede ser utilizada tanto para la identificación de parámetros del suelo a partir de pruebas de drenaje como para la descripción del funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje.

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Drenaje agrícola subterráneo Funcionamiento hidráulico Método del elemento finito Zonas áridas CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Simulación del escurrimiento directo de eventos en cuencas pequeñas con el modelo Hidras

Antonio Quevedo Tiznado NABIL MOBAYED KHODR CARLOS FUENTES RUIZ Enrique Gonzalez Sosa CARLOS ALBERTO CHAVEZ GARCIA (2016)

El escurrimiento directo es el efecto integrado de la lluvia, intercepción, evapotranspiración, infiltración y el escurrimiento en lámina sobre el terreno, en un punto específico de una cuenca. La conversión de las lluvias a escurrimiento es un proceso complejo que depende tanto de la distribución espacial y temporal de las lluvias como de las características físicas de la cuenca. Este estudio tuvo por objetivo plantear procedimientos para simular el escurrimiento directo a escala de evento en cuencas pequeñas. Como casos de estudio se eligieron dos cuencas experimentales de México con características diferentes en cuanto a tamaño, ubicación, tipo de vegetación, topografía y régimen pluviométrico: río Mixcoac, en el valle de México; y la unidad de escurrimiento Cerro Blanco, en Tabasco.

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Hidrogramas sintéticos Modelación hidrológica Calibración de hidrogramas INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelo bidimensional para la extracción de agua por las raíces de las plantas

MANUEL ZAVALA TREJO Heber Saucedo CARLOS FRANCISCO BAUTISTA CAPETILLO CARLOS FUENTES RUIZ (2012)

Los modelos tradicionales para describir la extracción de agua por las plantas usan funciones mecanicistas o empíricas para representar el término de sumidero de la ecuación de transferencia de agua en el suelo, lo cual no permite representar explícitamente el efecto de la geometría del sistema de raíces sobre los patrones de extracción. Para eliminar esta limitante se desarrolla un modelo que simula la extracción, el cual considera las raíces como segmentos de frontera del dominio de solución e impone en éstos una condición tipo radiación para representar la resistencia al flujo del agua en la interfaz suelo-raíz, la cual es despreciada en los modelos reportados en la literatura que usan en las raíces una condición de frontera tipo Dirichlet. Se establece la condición tipo radiación, la cual contiene parámetros que representan las propiedades de las plantas, las características hidrodinámicas del suelo y la resistencia al flujo del agua en la interfaz suelo-raíz. Se obtiene una solución de elemento finito de la forma bidimensional de la ecuación de transferencia de agua sujeta en las raíces a la condición de radiación establecida; se aplica el modelo a un escenario de extracción, asumiendo valores medios característicos para las propiedades de las plantas y considerando un coeficiente de resistencia de la interfaz suelo-raíz variable. Se muestra que la resistencia en la interfaz suelo-raíz define el orden de magnitud del caudal de agua que extraen las raíces del suelo, por lo que esta variable no puede ser despreciada cuando se analiza el fenómeno de la extracción.

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Condición de frontera tipo radiación Potencial de presión de las raíces Sistema planta-suelo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA