VIRTUALSTIL - Blog del Biofísica de LabFerrer

VIRTUALSTIL

Simulador de realidades virtuales de la humedad del suelo

Y Y Y Y VIRTUALSTIL

Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó Ó

ÍÍÍÍ

Modalidad A: Tecnología

Mireia Fontanet Ambròs VIRTUALSTIL

VIRTUALSTIL

MIREIA FONTANET AMBRÒS(1986)

Curso Hidrología Subterránea (FCIHS- UPC)Curso Hidrología Subterránea (FCIHS- UPC)2011 - 2012

Geología (UAB)2003 - 2007


Naturaleza del proyecto

VIRTUALSTIL combinación de tecnología, sistemas de medición y

programas informáticos para la simulación de la humedad del suelo no saturado.

El proyecto surge con …

… necesidad de conocer mejor el movimiento del agua en el suelo

Proyecto realizado con la ayuda de…


Naturaleza del proyecto

INPUT OUTPUT

Estimación INPUT Estimación OUTPUT

Estimación Parámetros hidráulicos

Resultados estimativos y aproximados

REALIDADES VIRTUALES

Simulación

Medición INPUT OUTPUT Ajustado


Medición Parámetros Hidráulicos

Resultados más ajustados a la Realidad

Curva Retención Humedad (CRH)Curva Conductividad Hidráulica No Sat. (CNS)Conductividad Hidráulica Saturada (Ks)Densidad aparente (DA)Porosidad (θ)

Campos de aplicación VIRTUALSTIL

AGRICULTURAMEDIT

AMBIENTE•Eficiencia riego•Validación de la red de riego.•Diseño de una red de

•Contaminación por nitratos.•Cálculo de la Huella Hídrica.


HIDRTGETLTGÍA INGENIERÍA CIVIL

•Diseño de una red de riego.

Hídrica.

•Recarga de acuíferos.•Estudio de balsas de recarga artificial.

•Interacción de obras subterráneas lineales con el subsuelo

¿Para quien está pensado?

• Investigadores y centros de investigación.

• Soporte a proyectos de I+D académicos.académicos.

• Empresas instaladoras de redes de riego.

• Consultorías


Estructura de VIRTUALSTIL

• Necesidad previa

• Módulo IMódulo II

Caso real

• Módulo II• Módulo III

Realidad virtual


VIRTUALSTIL

TOMA DE MUESTRAS

OBTENCIÓN DATOS

Tbtención experimental y modelización de los parámetros hidráulicos

DISEÑO DEL MODELO

SIMULACIÓN REALIDAD VIRTUAL

Diseño del modelo y simulación del movimiento de agua y transporte de solutos en la ZNS

Realización del proyecto

DATOS EXPERIMENTALES

AJUSTE DATOS A UN MODELO

MATEMÁTICO

MÓDULO I

REALIDAD VIRTUAL

OBTENCIÓN DATOS

FINALES

MÓDULO II

PROYECTO DE CADA CASO

MÓDULO IIIMireia Fontanet Ambròs VIRTUALSTIL

Módulo I: Obtención experimental y modelización de los parámetros hidráulicos

• Toma de muestras • Zonificación de la zona

• Diferenciación horizontes

• Realización ensayos• Hyprop + WP4c• Hyprop + WP4c

• Ksat

• Ajuste a modelos matemáticos• Hyprop Fit


INPUT

Métodos avanzados y nuevos en el mercado

Módulo II: Diseño del modelo y simulación del movimiento de agua y transporte de solutos en la ZNS

• Hydrus 2D

– Proceso a simular y tiempo

– Malla

– Condiciones de contorno

– Condiciones iniciales

INPUT

– Condiciones iniciales


OUTPU

Módulo III: Realización del proyecto

• En función del caso a resolver y resultados se plantea un proyecto u otro

Ej. Rediseño red de riego

Ej. Recalculo de un balance hídrico de una cuencaEj. Recalculo de un balance hídrico de una cuenca

Ej. Cuantificar el efecto por nitratos


Aplicación de VIRTUALSTIL:Eficiencia en un sistema de riego

localizadolocalizado


Eficiencia en un sistema de riego localizado

¿Necesidad?

Conocer como se comportan los bulbos de humectación generados por los emisores de agua

¿Cómo se comporta el agua en el subsuelo?

Eficiencia en un sistema de riego localizado

Objetivos de VIRTUALSTIL

• Conocer como se comporta los bulbos de humectación de los emisores.

• Verificar que se cumplen las condiciones óptimas para el cultivo.

• Validar el diseño de la red de riego.


Condiciones iniciales de la parcela

• Parcela de manzanos• Separación entre hileras 3,75 m• Separación entre árboles 1,1 m• Separación entre emisores 0,6 m•Profundidad emisores 0,2 m• Riego de 5 l/m2h durante 3 h/d

¿Buen diseño de la red de riego?

¿Uso eficiente agua?


Módulo I: Datos experimentales o parámetros hidráulicos input

Etiqueta muestra

Profundidad (cm)

Potencia horizonte

(m)

Densidad aparente (g/cm3)

Porosidad Arcilla (%) Limo (%) Arena (%)Materia orgánica

(%)

Mb_0015 0 - 15 0,15 1,43 0,46 16,8 51,9 31,3 1,71

Mb_0030 15 - 30 0,15 1,39 0,48 15,1 56,8 28,1 1,09

Mb_0045 30 - 45 0,15 1,43 0,46 11,2 56,9 31,9 0,51

Mb_0060 45 - 60 0,15 1,38 0,48 9,6 54,5 35,9 0,38

Análisis granulométrico de los 4 horizontes diferenciados

Etiqueta α1 n1 θr θs α2 n2 w2

Ks

(cm/d) δap θ

Mb_0015 0,0606 2,0880 0,0000 0,3360 0,0003 1,5090 0,6140 57,00 1,37 0,48

Mb_0030 0,0606 1,6270 0,0010 0,3700 0,0004 1,4700 0,7560 8,36 1,39 0,48

Mb_0045 0,0015 1,3480 0,0000 0,4160 0,3820 1,9650 0,1400 1,95 1,48 0,44

Mb_0060 0,0015 1,4560 0,0000 0,4680 0,0386 1,3050 0,3350 23,24 1,38 0,48


Análisis granulométrico de los 4 horizontes diferenciados

Parámetros hidráulicos modelados con el modelo matemático van Genuchten bimodal (Durner, 2004)

Módulo II: Diseño del modelo de simulación

Caudal del emisor de 3,1 cm/d

N1


N2

N3

N4

Módulo II: Resultados


Módulo II: Resultados

-2500

-2000

-1500

-1000

Observation Nodes: Pressure Heads

0.180

0.185

0.190

0.195

0.200

Observation Nodes: Water Content


-4000

-3500

-3000

0 1 2 3 4 5 6 7

Time [days]N1

N2

N3

N4

0.160

0.165

0.170

0.175

0 1 2 3 4 5 6 7

Time [days]N1

N2

N3

N4

Módulo II: resultados


Los bulbos no llegan a juntarse y se produce evaporación y transpiración en el espacio entre bulbos

Módulo III: validación de la red de riego

• Conclusiones de la simulación:• Los bulbos de humectación no llegan a las condiciones

óptimas para el desarrollo del cultivo.

• La red de riego no está bien diseñada.

• El riego no es eficiente ya que el cultivo no se podrá desarrollar correctamente.desarrollar correctamente.

• Propuestas de mejora:• Rediseño de la red de riego de forma que el riego sea

eficiente con el cultivo.


• Actividades a realizar• Juntar los emisores a 0,3 m de distancia, de forma que

los bulbos de humectación se puedan juntar.

• Para seguir regando 5 l/m2d se tienen que reducir las horas de riego hasta 1, 4 h/d.


¿Ahorro?

• Se utiliza la misma cantidad de agua de riego pero….

… de forma eficiente

… con beneficio del cultivo… con beneficio del cultivo

… mejor y mayor producción


Conclusiones de VIRTUALSTIL

• VIRTUALSTIL ha mostrado y descrito como se comportan los bulbos de humectación.

• VIRTUALSTIL ha verificado si se cumplen las condiciones óptimas para el desarrollo de los cultivos.cultivos.

• VIRTUALSTIL ha validado la red de riego para que el uso del agua sea eficiente.

• Con esta información se han podido realizar las medidas correctoras adecuadas para realizar un uso eficiente y correcto del agua.


Agradecimientos


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