hidrologia-de-suelos

Tanto en estudios hidrológicos de campo como en experimentos de laboratorio es necesario disponer de sensores y equipos que se adapten a cada diseño experimental. Aspectos como la precisión y la exactitud, ligados a la variabilidad espacial de los suelos, la facilidad de manejo y las buenas prácticas de uso son clave para obtener datos de calidad. Decagon Devices Inc, UMS y LabFerrer llevan años trabajando de forma conjunta con investigadores de todo el mundo para desarrollar sensores y equipos de campo y laboratorio que respondan a estas necesidades.

ElInfiltrómetro de Minidisco de Tensión permite medidas rápidas y sencillas en campo dela infiltración y la conductividad hidráulica del suelo.  El Lisímetro Pasivo de Succión (Drain Gauge – Passive Capillary Lysimeter) es una alternativa més econòmica al Lisímetro de Pesada y permiten obtener medidas directas del flujo de drenaje, así como obtener muestras de la solución drenante del suelo.

Los Detectores del Frente de Humectación, Fullstop, son lisímetros pasivos para condiciones muy cercanas a saturación (0 a -3KPa) y debido a su precio tan económico, son ideales para aumentar el número de puntos de muestreo. Finalmente, las Cápsulas Porosas de Succión fabricadas por UMS (Capsula porosa de cerámica, PE-Nylon o SiC), junto con los sistemas más avanzados de succión, se adaptan a múltiples aplicaciones y condiciones de uso.

¿Presencia de una capa freatica superficial? El Piezómetro de Flotación (Modelo XR3) es ideal para  monitorizar el nivel freatico (0 a 3m) y disponer del máximo de puntos de muestreo.

Para completar una estación hidrológica, las Sondas de humedad del suelo ECH2O, fabricadas por Decagon, es ideneo para tener un registro continuo de datos e integrar de forma sencilla y fiable todos los sensores necesarios para completar una estación: sondas de humedad del suelo, potencial de agua y succión del suelo, pluviómetro, temperatura y humedad del aire, radiación solar, viento, ETo, temperatura del suelo.

 

Medidas: Conductividad Hidraúlica, Infiltración, Drenaje, Percolación Profunda, Evapotranspiración (ET), Lixiviación, Solución del Suelo, Nivel Freatico, Humedad del Suelo, Potencial de Agua y Succión del Suelo, Precipitación, Pluviometria

Aplicaciones: flujo de agua y transporte de solutos en la zona no saturada del suelo, balance de agua, recarga de acuiferos, contaminación de aguas subterráneas, erosión, conservación de suelos, geotecnia

Para medir la Conductividad Hidráulica (K) del suelo


infiltrometerDe los métodos disponibles parar medir la Conductividad Hidráulica del Suelo con un Infiltrómetro de disco, Decagon Devices Inc. recomienda usar el método propuesto por Zhang (1997).

El método necesita medir la infiltración acumulada frente al tiempo para poder calcular la Conductividad Hidráulica del Suelo. En el Infiltrómetro de minidisco Modelo S, el agua se infiltra a una aspiración de 2,0cm y tienes un radio de 1,59cm

Para que el Infiltrómetro funcione correctamente, tanto la cámara superior (cámara de burbujeo) como la inferior (reservorio de agua) deben llenarse con agua. La cámara de burbujeo controla la succión y el reservorio contiene un volumen de agua que se infiltrará en el suelo.

Una vez que el Infiltrómetro se coloca sobre el suelo, la matriz del suelo empezará a succionar el agua del reservorio y a infiltrarse en el suelo.

A medida que el nivel del agua desciende, se debe empezar a registrar el volumen a intérvalos específicos de tiempo.

 

Especificaciones

  • Infiltrómetro de tensión para determinar la conductividad hidráulica no saturada del suelo
  • El cuerpo del infiltrómetro está realizado con un tubo de material acrílico que en la parte inferior lleva un disco semipermeable. En la parte superior dispone de un tubo que permite regular la succión
  • Permite medir la conductividad hidráulica no saturada del suelo en campo y en laboratorio
  • Es posible regular la succión sobre la superficie de contacto en un rango: 0,5-6,0cm
  • Muy fácil de usar

    Infiltrometer-End

Aplicaciones: Cálculo de la conductividad hidráulica del suelo en campo y en laboratorio, Estudios de riegos y drenajes, Hidrología

 

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Para medir la Conductividad Hidráulica Satura del suelo (Ks) en campo


infiltrometro dualhead decagonEl Infiltrómetro DualHead de Decagon Devices es un equipo diseñado para medir la Conductividad Hidráulica Saturada (Ks) en campo. El DualHead es totalmente automático y no necesita procesar los datos después de registrar las medidas.
Para medir con el Infiltrómetro DualHead basta con instalar el anillo en el suelo, colocar el infiltrómetro sobre el anillo y conectar los cables y tubos para tomar la medida.
El infiltrómetro añade agua por la parte superior del suelo y emplea aire a presión para crear dos frentes de presión distintos. Puede mantener automáticamente el nivel del agua para medir la infiltración producida con dos ciclos de presión completos. La unidad de control recoge todos los datos para ser autoprocesados y determinar el valor de Ks.


Especificaciones
- Fácil de transportar
- Simple y rápida instalación
- Mide la infiltración a dos frentes de presión distintos para determinar el factor de longitud capilar macroscópico.
- Utiliza presión de aire para mantener el frente de presión para determinar las lecturas de Ks.
- Intervalo de infiltración: de 0,0038 cm/h a 115 cm/h
- Resolución: 0,0038 cm/h
- Precisión del intervalo de infiltración: ±5 % de a lectura

 Aplicaciones: Cálculo de la conductividad hidráulica saturada del suelo en campo, Estudios de riegos y drenajes, Hidrología

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Detector del frente de humectación


Fullstopfullstop strawberryEl FULLSTOP ™, desarrollado por el Dr Richard Stirzaker del CSIRO Land and Water (Canberra, Australia), es un Detector del Frente de Humectación (FULLSTOP, Wetting Front Detector) que se instala en la zona radicular y permite conocer la profundidad a la que llega el agua infiltrada en el suelo después de un evento de riego o una lluvia.

También, se obtienen muestras del agua drenada, de forma que permite monitorizar el movimiento de nutrientes y sales a través del suelo. 

El detector del frente de humectación FULLSTOP se puede utilizar para: 

  • Saber si estamos aplicando agua en exceso o en defecto 
  • Ayuda a guiar las prácticas de fertilización 
  • Monitorizar el movimiento de sales en el perfil 
  • Indicar situaciones de asfixia radicular

 

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Método directo para estimar el Drenaje y el Balance Hídrico en condiciones de campo

Drain Gauge o Passive Capillary Lysimeter


DrainGauge-0131-smallEl Lisímetro de Succión Pasiva Tipo Gee consta de un plato colector de 20 o 25cm de diámetro que intercepta el flujo de agua drenante, para recircularlo a través de una mecha colgante de 45cm de longitud y acumularse en un depósito provisto de un sifón.

Mediante un sensor electrónico de nivel conectado a un datalogger, se va registrando en continuo el volumen de agua que se va acumulando. Conociendo el diámetro del plato colector se calcula el volumen de drenaje (L m-2) por unidad de tiempo (hora o día). Para evitar que haya convergencia y divergencia de agua alrededor del plato colector, se coloca un cilindro en la parte superior del plato colector (DCT, Divergence Control Tube). La mecha colgante que ejerce succión, también ayuda a prevenir los efectos de divergencia y convergencia de agua.

Mediante un tubo de acceso y ejerciendo succión con una jeringuilla se puede recuperar la solución del suelo que ha drenado y que se acumula en el depósito inferior. De esta manera se pueden determinar la concentración de solutos ( mg L-1 de nitratos, sales etc.).

Normalmente, el plato colector se coloca por debajo de la zona radicular (entre 80-120cm, aproximadamente).

Dependiendo del tipo y las características de los horizontes del perfil del suelo, el DCT se obtendrá como un monolito indisturbado o bien se rellenará posteriormente con suelo disturbado.

 

ES RECOMENDABLE (consultar previamente con LabFerrer Modelos disponibles, aplicación y necesidades específicas)

  • Información previa de suelos
  • Instalación en campo
  • Validación de los resultados

 

Características Técnicas Lisímetro G3 

  • Diámetro: 25cm
  • Altura del DCT: 50 a 70cm
  • Medida puntual del agua acumulada en el depósito de muestreo
  • No tiene sensor interno de nivel
  • Volumen del depósito de muestreo de la solución del suelo: 3.000ml (100mm)
  • Hermético por la parte inferior – permite instalarlo en condiciones saturadas
  • Materiales inertes
  • Sensor interno de nivel en el depósito de muestreo

 

PUNTO DE CONTROL LISIMÉTRICO

Por lo general, Punto de Control Lisimétrico está formado por:

  • Datalogger (Em50)
  • Pluviómetro
  • Perfil de sondas de humedad a diferentes profundidades del suelo
  • Lisímetro G3

 

MEDIDAS QUE REALIZA

  • Medida directa del flujo de agua en la zona no saturada y del drenaje (escorrentía subterránea, percolación profunda, recarga acuíferos)
  • Muestreo de la solución de drenaje
  • Monitorización en continuo de la humedad del suelo
  • Estimación directa de la evaporación real y de la precipitación efectiva
  • En condiciones de campo

 

APLICACIONES: Balance hídrico en la zona no saturada, Balance de agua en el suelo, Contaminación difusa de acuíferos, Estudios de cuantificación de flujos de agua en el suelo y transporte de solutos en la zona no saturada, Lixiviación de nitratos en zonas vulnerables, Directiva de Nitratos 91/676/EEC – EU 1991, Balance hídrico en vertederos

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Referencais Bibliográficas Relacionadas

Arauzo, M., J.A. Díez, J.J. Martínez-Bastida, M. Valladolid, P. Hernaiz. 2007. Comparación de un método directo y un método indirecto para la estimación del drenaje y el balance hídrico en la Zona No Saturada. Estudios de la Zona No Saturada Vol VIII Ed J.V. Giráldez Cervera y F.J. Jiménez Homero. Pp: 77-82.

Arauzo, M., J.J. Martínez-Bastida, M. Valladolid, J.A. Díez.2010. Field evaluation of Gee Passive Capillary Lysimeters for monitoring drainage in non-gravelly and gravelly alluvial soils: a useful tool to estímate nitrogen leaching from agriculture. Agricultural water management 97: 465-474.

Ferrer, F., A. Hernández, U. Martínez, F. Fonseca. 2010. Desarrollo del balance hídrico de un vertedero en explotación a partir de la monitorización in situ mediante lisímetros y sondas de humedad. VERSOS 2010 – Congreso bianual de ingeniería de vertederos en el ámbito de las MTDs. Bilbao, 10-12 Noviembre 2010. Presentación Oral y Artículo.

Gee, G.W., Z.F. Zhang, A.L. Ward. 2003. A modified vadose zone fluxmeter with solution collection capability. Vadose Zone Journal 2: 627-632

Ramos, C. y M. Kücke. 1999. Revisión crítica de los métodos de medida de la lixiviación de nitrato en suelos agrícolas. Estudios de la Zona No Saturada. Eds. R. Muñoz-Carpena, A. Ritter, C. Tascón. ICIA. Tenerife 1999. Pp: 25-32.

Monitorización del nivel del agua freática

 


piezometroEl Piezómetro de Flotación XR3 ha sido desarrollado por LabFerrer a partir de los piezómetros de flotación utilizados en algunas zonas de Australia para controlar el ascenso de la capa freática.

Permite monitorizar el nivel de agua hasta una profundidad de 1,8m y extraer muestras de agua para poder obtener de forma rápida medidas de la salinidad o de la concentración de nitratos.

Además su precio económico posibilita disponer de un mayor número de puntos de muestreo para obtener una información mucho más representativa del territorio.

Ventajas del Piezómetro de Flotacion XR3:

  • Fácil Instalación

  • Precio Económico

  • Escaso Mantenimiento

  • Elevada Rentabilidad

 

Aplicaciones: Manejo del riego en zonas con capa freática asociada al riego, mal drenaje y problemas de salinidad, Zonas costeras con intrusión salina y capas freáticas superficiales, Zonas vulnerables y contaminación con nitratos  

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Cápsulas porosas de succión

Muestreo de la solución del suelo


cápsulas porosas de succiónEl muestreo de la solución del suelo y análisis químico posterior en laboratorio, proporciona información sobre la acumulación y el movimiento de solutos en la zona no saturada del suelo.

Según la textura del suelo, el tipo de Cápsula Porosa de Succión y el manejo de la succión que se le aplica, y el régimen de humedad del suelo, la muestra obtenida se puede asociar o bien al flujo drenante o bien a la solución residente o al agua intersticial.

En cualquier caso, junto con las estimaciones del volumen de drenaje, las concentraciones de solutos medidas proporcionarán información cualitativa y semicuantitativa sobre la acumulación de solutos en las capas de suelo y su transporte a capas más profundas.

UMS-GmbH, empresa lider en la instrumentación para la extraer la solución del suelo y la recoger lixiviados, dispone de diversos modelos de Cápsulas Porosas de Succión dependiendo de las determinaciones químicas que se necesiten (Nitratos, Cloratos, Metales pesados, ...) y de las condiciones del suelo, las condiciones hidrológicas y el diseño experimental de solutos proporcionará información cualitativa y semicuantitativa sobre la acumulación de solutos en las capas de suelo y su transporte a capas más profundas.

 
SK20Modelos y Característcias de las Cápsulas Porosas de Succión
  • Cerámicas - Modelo SK20: para nitratos, cloruros, sulfatos, calcio, sodio, amonio y fósforo, no apta para metales pesados
  • Carburo Silicio - Modelos SIC20 y SIC40: de Sica aptas para moléculas orgánicas
  • PE-Nylon - Modelo SPE20: de PE-Nylon recomendable para metales pesados, herbicidas y pesticidas
  • Borosilicato - Modelo SG25
 
Tipos de Platos y membranes
  • Borosilicato - Modelo SPG120
  • Carburo Silício - Modelo SIC300
 
Bombas de succión
  • Modelo VS-Pro
  • Modelo VK-Lite, bomba de vacio portátil con 7 horas de autonomía
 

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MÁS INFORMACIÓN en versión PDF.
  • Buenas prácticas de muestreo de la solución del suelo con cápsulas porosas de succión.
  • Soil water extraction methods.
  • UMS, 2008. Pp. 33

Succión discontinua y Succión constante

Para extraer la solución del suelo

sistemas-de-vacio-y-accesorios-1 

 

Para extraer Solución del Suelo de la zona no saturada hay que aplicar un vacío para que el potencial dentro del muestreador sea superior al potencial de agua en el suelo.

La fuerza efectiva de succión será la diferencia entre el Pote

ncial de agua en el suelo y el vacío aplicado. 

Si se aplica una succión variable y excesiva se pueden producir diferentes efectos de filtrado a través de la cápsula o membrana porosa.

 

UMS ofrece dos sistemas de aplicación de vacío para Lisímetros y Cápsulas Porosas de Succión,

sistemas-de-vacio-y-accesorios-2

  • sistemas-de-vacio-y-accesorios-3Método simple de aplicación de succión discontinua que permite extraer solución del suelo desde saturación hasta un potencial próximo a 50 kPa
  • Sistema de aplicación de succión constante y/o controlada con diferentes intervalos y según registros del potencial realizados con un tensiómetro

 

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Estaciones Lisimétricas para medir con precisión el transporte de agua y solutos en el suelo


lisimetros-de-pesada

La empresa alemana UMS-GmbH, es la empresa líder en instrumentación para la extracción de la solución del suelo y la recolección de lixiviados. 

Los Lisímetros de Pesada están equipados con sistemas precisos de pesada para medir flujo de agua en el suelo. Están capacitados para medir columnas de suelo de hasta 6000 quilogramos. Pueden medir estas columnas de agua con una precisión de 100 gramos que corresponde a una precipitación de 0,1 mm de columna de agua.
Los Lisímetros de Pesada son adecuados para medir cualquier tipo de precipitación, sea agua, rosada y nieve.


En función del tipo de estudio que se quiera realizar, hay disponibles distintos tipos de Lisímetro de Pesada:

Hidrolisímetro; para cuantificar el drenaje del agua del suelo

Agrolisímetro; para realizar estudios de optimización del rendimiento de los cultivos y protección de aguas subterráneas. Contiene tensiómetros y cápsulas de succión para tomar muestras de agua de suelo

Meteolisímetro; para generar balances de agua y calcular el potencial de evapotranspiración. Contiene una estación meteorológica para registrar la pluviometría

 

 

hydro-lisimeter

 

 

Aplicaciones: Estudios de evapotranspiración, Estudios de comportamiento de contaminantes, Estudios de cambios climáticos

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Sensor CTD

Nivel de agua, Conductividad Eléctrica (CE) y Temperatura del agua


sensor CTD de nivel de agua temperatura y conductividadEl Sensor CTD de Decagon Devices Inc. es un sensor robusto, de calidad marina, que mide el Nivel de Agua Subterránea (de 0 a 5m, CTD-5; de 0 a 10m, CTD-10), Temperatura y la Conductividad Eléctrica (CE) (0 a 120 dS/m)

El Sensor CTD de nivel de agua de Decagon se conecta vía cable a un registrador de datos externo (Datalogger Em50 o Em50G) o a un lector portátil para medidas puntuales (ProCheck). La mayor parte de los componentes electrónicos están en el registrador de datos, reduciendo así el coste individual del Sensor CTD (sin afectar ni a su precisión ni a su resolución). Decagon Devices ha optado por esta opción para evitar tener que depender o estar limitado a una sola medida, y así poder medir en diferentes puntos de muestreo sin exceder el presupuesto.

 

Ventajas del Sensor CTD de Nivel de Agua, CE y Temperatura

Robusto, de calidad marina, moldeado en resina epoxi para resistir la corrosión en ambientes difíciles

Sensor compacto, con un diámetro de 3,4cm para poder pasar por espacios reducidos

Registrador de datos externo, con opción de transmisión remota de estos datos GPRS (web)

Características Técnicas

Intervalo:

  • Nivel de agua:
    • CTD-5 de 0 a 5m 
    • CTD-10 de 0 a 10m
  • Conductividad Eléctrica: 0 a 120 dS/m
  • Temperatura: -40 a 50ºC

Resolución:

  • Nivel de agua: 1mm
  • Conductividad Eléctrica: 0,001 dS/m
  • Temperatura: 0,1ºC

Precisión:

  • Nivel de agua: +/- 0,25 de la escala completa
  • Conductividad eléctrica: +/- 0,01 dS/m o +/-10% (cuando sea mayor)
  • Temperatura: +/-1ºC

Temperatura de funcionamiento: 0 a 50ºC

Necesidades de alimentación: 3,6-15VDC, 0,03mA inactivo, 10mA durante 300ms para la medida

Dimensiones: diámetro 3,5cm, Longitud: 9cm

Tiempo de medida: 300ms (milisegundos)

Salida: Serial TTL, a niveles de 3,6V o SDI-12

Longitud del cable: 10m de longitud stándar. Longitud de cable personalizable

Compatibilidad con dataloggers:

                   Decagon: Serie Em50 (Em50, Em50G, Em50R)             

                   Decagon: medidas puntuales con el ProCheck

                   CSI: cualquier datalogegr con puerto serie I/O incluyendo CR10x, CR23x o cualquier tipo de CRBAsic

Software: ECH2O Utility (versión 1.64+), DataTrac3 (versión 3.4+)

sensor CTD nivel de agua conductividad electrica del agua

Aplicaciones: Monitorización del nivel y la conductividad eléctrica de agua subterráneas, Recarga y recuperación de acuíferos, Intrusión marina y proyectos de salinización, Aguas residuales, Monitoreo de humedales, Seguimiento de la contaminación y la calidad de aguas subterráneas, Monitorización de aguas superficiales, Monitoreo de vertederos y nivel de la balsa de lixiviados, Balsas de lixiviados en minería

 

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Cálculo de la Conductividad Hidráulica Saturada (Ks)


KsatEl sistema UMS Ksat está diseñado para determinar, en laboratorio, la Conductividad Hidráulica Saturada (Ks) en cilindros de 250cm3 de suelo sin disturbar, y a presión constante y decreciente (Constant-Head and Falling-Head Experiments). 

La metodología sigue las normas DIN 19683-9 y DIN 18130-1 y se basa en la inversión de la ley de Darcy.

El factor de proporcionalidad entre el volumen de agua que atraviesa una superficie conocida y el gradiente hidráulico se conoce como Conductividad Hidráulica Saturada (Ks).

Ksat está relacionado con equipos como el Sistema Hyprop y el WP4C, y su combinación incluso con placas de succión, permite ampliar el intervalo de trabajo más allá del punto de marchitez permanente de los –1500kPa

  

Ksat resultados

Ventajas

  • Medidas totalmente automatizadas
  • Medidas acordes con las normas DIN ISO 19683-9 y DIN ISO 18130-1 (constant-head mode and falling-head mode)
  • Sistema muy preciso   
  • Intervalo de medida: de 10000 cm/d (en segundos) hasta 0,1 cm/d (tarda un día)
  • Visualización a tiempo real, evaluación y registro automático de  datos
  • Software de adquisición y análisis de datos KSAT VIEW1.0©, muy fácil de usar y que permite visualizar los datos y calcular de forma inmediata la Ks
  • Re-cálculo de la Ks a la temperatura de referencia que se especifique, según la dependencia de la viscosidad del agua a variaciones de temperatura.
  • Repetición de las medidas de Ks en una misma muestra de suelo no disturbado.
  • Sin pérdidas de agua por evaporación, incluso con tiempos de medida prolongados

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Lisímetro de Campo Smart para medir con precisión Drenaje y Evapotranspiración


SmartEl Lisímetro Smart de UMS es un pequeño lisímetro de pesada de campo que controla las variaciones de peso y de tensión de la columna de suelo a estudiar. Está compuesto por tensiómetros, sensores de humedad de suelo, básculas, data loggers con sistema GPRS opcional, protección contra rayos. Todo el sistema funciona con paneles solares, de forma que funciona como sistema autónomo.
Aunque las dimensiones del Lisímetro Smart no son grandes, sus posibilidades hacen que pueda dar información sobre balances de agua y solutos que solo se pueden conseguir con lisímetros de pesada con control de la succión del suelo.


Ventajas

Fácil instalación; es suficiente con clavar en el suelo el anillo que contiene el monolito de suelo inalterado con la ayuda de un equipo diseñado especificamenete para el Lisímetro Smart, facilitando el máximo la tarea
Distintas dimensiones de monolito; estas son 30, 60 y  90cm, flexibilizando las distintas aplicaciones y adaptándose en el lugar de instalación
Condiciones idénticas a las de campo; con la ayudad de una bomba bidireccional se reproducen y mantienen las mismas condiciones de campo dentro del lisímetro
Medidas directas del Balance de Agua; Pesando el lisímetro y el barril de drenaje, es posible calcular el agua perdida por evapotranspiración y el agua drenada de forma fácil y rápida


Aplicaciones: Estudios de evapotranspiración, Estudios de comportamiento de contaminantes, Estudios de cambios climáticos

 

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