Propiedades Hídricas del Suelo

La porosidad, V, es una propiedad macroscópica que hace referencia a un elemento de medio poroso (suelo, terreno, etc.) suficientemente grande. Se define como la relación entre el volumen de poros, Vp, y el volumen total de dicho elemento, Vt, de forma que p t V V V =. Obsérvese que (Vt-Vp) representa el volumen de material sólido, Vs. El valor de la porosidad de un suelo oscila entre 0.3 para suelos arenosos, con poros grandes, y 0.6 para suelos arcillosos con poros muy pequeños. En Hidrogeología, la porosidad representa el parámetro de almacenamiento en un acuífero libre, y se puede definir como la relación entre el volumen de agua que se obtiene por drenaje gravitacional de una muestra de material permeable, inicialmente saturado.

La conductividad hidráulica, K, se puede definir como la facilidad con que un material deja pasar el agua a su través. Sus dimensiones son las de una velocidad [L/T], y se expresa habitualmente en cm/s ó m/día. En condiciones de saturación y dentro del ámbito de la ley de Darcy, el valor de la conductividad hidráulica, K, se puede considerar constante para cada medio y para cada fluido en unas condiciones dadas. Su valor depende de:

• La naturaleza y propiedades del material.
• La densidad y viscosidad del fluido.
• La composición química del agua.

En cuanto a la densidad y viscosidad del fluido, hay que indicar que dichas características, a su vez, dependen de la temperatura y de la presión del mismo. Un cambio de temperatura de 5ºC en el agua subterránea puede suponer un cambio en el mismo sentido del 20% en la permeabilidad. Por otra parte, siendo el agua un fluido muy poco compresible, los cambios de presión no afectan prácticamente a la permeabilidad, a través de la densidad.

Así podemos clasificar los medios en:

• Medio homogéneo: aquel en el que el valor de las propiedades del medio es igual en cualquier punto del mismo. La propiedad es invariable en el espacio.
• Medio heterogéneo: aquel en el que el valor de las propiedades varía de un lugar a otro.
• Medio isótropo: aquel en el que el valor de sus propiedades principales no varían con la orientación, es decir, con la dirección del flujo.
• Medio anisótropo: aquel en el que el valor de la permeabilidad varía con la orientación o dirección del flujo.

Se puede concluir, por lo tanto, que hay tres fenómenos ligados al balance hídrico que son absolutamente limitantes para el crecimiento del cultivo y que son evitables mediante el drenaje de las tierras. Estos son:

1. El encharcamiento que se puede definir como la acumulación excesiva de agua en la superficie del suelo.
2. El anegamiento es la acumulación del exceso de agua en la zona radicular del suelo por elevación de la capa freática.
3. La salinización es la acumulación de sales solubles en la superficie del suelo, o en algún punto por debajo de la superficie, a unos niveles que perjudican el crecimiento de la planta y/o el suelo.

La finalidad del drenaje será evitar uno de los tres procesos indicados: encharcamiento, anegamiento o salinización. Y como consecuencia el drenaje mejorará las condiciones del cultivo produciendo numerosos beneficios como los que se señalan a continuación.

Definimos potencial del agua en el suelo a la cantidad de trabajo que es capaz de ejercer una cantidad unitaria de agua, en un sistema suelo-agua en equilibrio, cuando se traslada dicha cantidad al estado de referencia, a la misma temperatura. El estado de referencia se considera como agua pura, libre. Este estado energético del agua o potencial hídrico del suelo se puede representar como:

Unidades SI Equivalencias Energía por unidad de masa, f, [L2/T2] Julio Kg-1 1 Bar » 0.99 Atm » 10.2 m »100 kPa Energía por unidad de peso, y, [L] metro 1 m » 9.8 kPa » 9.8 KJ m-3 » 9.8 Jkg-1 Energía por unidad de volumen [ML-1T-2] Pascal 1 kPa » 1 KJm-3 » 1 Jkg-1

El agua en el suelo en condiciones subsaturadas (ZNS) se encuentra bajo la influencia de distintas fuerzas que hacen que la presión a la que está sometida el agua en la matriz del suelo sea menor que la atmosférica, es decir, negativa, el agua se encuentra bajo succión. Estas fuerzas pueden ser:

• Fuerzas de posición o gravitatorias.
• Fuerzas de la matriz (adhesión, cohesión, difusión…)
• Fuerzas de peso suprayacente (suelos sumergidos o expansibles.)
• Fuerzas osmóticas (de interacción con los solutos.)

HISTÉRESIS Este concepto hace referencia al fenómeno por el que en una muestra de suelo un mismo contenido de agua es compatible con varios potenciales matriciales. Este fenómeno se produce por la distribución del diámetro de los poros. Durante el proceso de humedecimiento (humectación) de un suelo, llenado de los poros, el diámetro que debe ser compatible con el potencial matricial es D. Mientras que durante el proceso de desecación (secado) de un suelo, vaciado de los poros, el diámetro que controla el proceso es d. Por lo tanto, para un mismo contenido de humedad, el potencial matricial de humedecimiento es mayor que el de desecación. Este fenómeno se ilustra en la Figura I.22.

Capacidad de campo Es el contenido de agua en el suelo después de 48 horas de un riego copioso o de una lluvia abundante. Después de ese tiempo se produce un drenaje de agua en profundidad lento, que permite suponer una condición de humedad de equilibrio. Viene a representar, en cierta medida, el contenido máximo de agua que puede retener el suelo cuando la mayoría de la macroporosidad está ocupada por aire. No es inmediato estimar su valor, una aproximación es medir el contenido de humedad en una muestra de suelo a una presión de -0.1 bar para suelos arenosos y a -0.33 bar para suelos arcillosos, una vez alcanzado el equilibrio, en placas de presión (Richards).

Punto de marchitamiento permanente Se define como el contenido de agua por debajo del cual las plantas mesofíticas no son capaces de extraer el agua del suelo. Viene a corresponder con el límite inferior del agua retenida por fuerzas capilares absorbible por las raíces. Igual que en el caso anterior, se estima como el contenido de agua que retiene una muestra de suelo sometida a una presión de -1500 kPa (-15 bar), en la que se alcanza el equilibrio, en un equipo de placas de presión.

Agua gravitacional. Es el agua que drena de un suelo saturado hasta que se alcanza la capacidad de campo.

Punto de marchitez (PM). Contenido de humedad volumétrico que se corresponde con el potencial matricial al que las plantas no pueden extraer más agua del suelo. Este potencial se establece aproximadamente en -15 bar. Agua disponible (AD). Se calcula como la diferencia entre CC y PM. Es el contenido volumétrico de agua que las plantas pueden utilizar. Agua utilizable (AU). Es el porcentaje del AD que se permite utilizar a los cultivos. Un uso del 100% produciría estrés.

El flujo permanente o estacionario es aquel en el que, en cualquier punto del espacio, el potencial y el vector velocidad no varían con el tiempo y, por tanto, no existe cambio de la cantidad de agua contenida en el sistema. El flujo variable o no estacionario es aquel en el que, en un mismo punto, el potencial varía con el tiempo, por lo que se produce variación de la cantidad de agua contenida en el sistema.

Superficies equipotenciales: son aquellas que cumplen h (x, y, z) = cte, es decir, aquellas en las que h tiene el mismo valor. En realidad, éstas son superficies de igual altura piezométrica o isopiezas (isopiezométricas). En general, se trata de superficies casi verticales excepto en las proximidades de zonas de entrada (sumideros) o salida (manantiales) de agua. También pueden definirse como: ( ) ( ) * , , , , K h x y z cte g h x y z cte

Régimen permanente o estacionario: la cantidad de fluido que pasa por cualquier sección de un tubo de flujo es constante. Las líneas de corriente coinciden con las trayectorias y son siempre las mismas. Régimen variable o no permanente: el flujo que pasa por una sección de un tubo de flujo no es constante. En este caso, las trayectorias son diferentes a las líneas de corriente. Las líneas de corriente varían de un momento a otro según la variación del potencial que se produzca

Etiquetas: balance hídrico, conductividad hidráulica, Porosidad, suelo