APLICACIÓN DEL MÉTODO DE INFILTRACIÓN DE GREEN-AMPT CON REDISTRIBUCIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO ENTRE ENCHARCAMIENTOS

R. Muñoz-Carpena y L. Gowdish

Agric. and Bio. Engineering Dept. Univ. of Florida. 101 Frazier Rogers Hall, PO Box 110570 Gainesville, FL 32611 (USA)

RESUMEN. El método de Green-Ampt, extendido para su aplicación a fenómenos de lluvia natural por Mein y Larson (1973) y Chu (1978), es un método muy aplicado en hidrología para estimar la cantidad de agua que infiltra en el suelo y el exceso de agua que queda disponible en superficie para el fenómeno de escorrentía. Este método aporta sin embargo sólo información válida sobre el proceso superficial de infiltración (en la interfase sueloatmósfera), pero no sobre el de redistribución, movimiento del agua en el interior del suelo al cesar la infiltración. La extensión del método de Green-Ampt con redistribución de humedad (GAR) propuesta por Ogden y Saghafian (1997) basado en Smith et al. (1993) plantea la posibilidad de simulación de procesos de infiltración en el suelo considerando múltiples estados de encharcamiento consecutivos correspondientes a diferentes periodos de lluvia. En este trabajo se presentan las bases físicas del método y mediante comparación con la solución numérica de la ecuación de Richards se evalúa su bondad para simular procesos de infiltración y redistribución bajo distintas intensidades de lluvia en 7 tipos de suelos diferentes (correspondientes a clases texturales USDA). El modelo presenta buenos resultados para estimar la infiltración total (error medio εF= -2.9%, coeficiente de eficiencia Cef=0.997 y raíz del error cuadrático medio RMSE=0.085 cm), los cambios de humedad superficial del suelo (εΘo= -2.6%, Cef=0.922 y RMSE=0.038 cm), y humedad media del perfil considerando espesores de control de 25 cm (εΘ25= -0.7%, Cef=0.837 y RMSE=0.019 m3m-3) y 50 cm (εΘ50= -6.1%, Cef=0.572 y RMSE=0.034 m3m-3). El método permite además obtener resultados para un caso (suelo arenoso) en el que la solución numérica de Richards no converge. A pesar de las limitaciones implícitas en las hipótesis de este método, resulta atractivo frente a otros métodos más empíricos, pues combina simplicidad con una sólida base física.

ABSTRACT. An infiltration and redistribution model based on the modified Green and Ampt equation and a redistribution scheme based on the methodology described by Ogden and Saghafian (1997) was tested. The infiltration and redistribution processes are crucial not only in the hydrological dynamics of the system, but in the ecological dynamics as well; therefore it is necessary to accurately model these processes. The Green and Ampt with redistribution model (GAR) proposed here performed well as compared with a numerical solution of the Richard’s equation across a wide range of soils defined by seven USDA soil textural classes: loamy sand, sandy loam, silt loam, clay loam, sandy clay and clay. The average error in the prediction of cumulative infiltrated depth was 2.9% and the average error in the prediction of the surface relative water content was 2.6%. As expected, errors are primarily due to the assumption of a rectangular wetting front. In addition, the average error in the prediction of average soil moisture content over 25 cm depth was 0.7%, while the average error in the prediction of average soil moisture content over 50 cm depth was 6.1%. The error in the average water content is due to the assumption of a wetting front, below which the water content is at the initial water content. This assumption results in a skew in the weighted average calculation, especially for deeper depths. In spite of GAR’s limiting assumptions, it is physically based and provides an accurate description of water movement in unsaturated soils.