Balance hídrico
MOTIVACIÓN
Uno de los principales objetivos en hidrología es el estudio del balance hídrico, con él podemos conocer cuál es nuestra influencia sobre el uso del agua y tomar decisiones para mejorarlo, por ejemplo trasvases de cuencas, control de crecidas, explotación de embalses, etc; optimizando al máximo este recurso.
En el estudio de grandes masas de agua como lagos o ríos, el balance hídrico indica las variaciones del volumen de agua almacenado (Δs). Los componentes principales son la precipitación (P), el caudal (Q), la evaporación (E) y las entradas y salidas de agua procedente de otras cuencas (Qsi,ui, ...). La ecuación simplificada del balance hídrico con estos elementos sería P-E-Q-Δs-v=0 siendo v el error cometido en la estimación o medición, la ecuación simplificada es P-E-Q=0
Los balances hídricos medios suelen calcularse a lo largo de un año, aunque también pueden hacerse en otros períodos de tiempo. [1]EVAPORACIÓN
La evaporación es el proceso por el cual el agua líquida se convierte en vapor de agua y se retira de la superficie donde estaba, por ejemplo un lago, un río, vegetación, el suelo, etc. Para cambiar el estado del agua necesitamos energía que puede provenir de la radiación solar, también influyen la temperatura del aire y la velocidad del viento. Para calcular la evaporación es preciso conocer datos meteorológicos como temperatura, humedad, viento, etc.
EVAPOTRANSPIRACIÓN
La evapotranspiración (ET) es uno de los componentes básicos del ciclo hidrológico, combina la evaporación desde superficies líquidas y de transpiración o vaporización del agua líquida de los tejidos de las plantas.
Su interés radica en conocer el volumen de agua disponible en una zona, que se puede estimar restando lo que llueve menos lo que se evapotranspira, y es de gran ayuda para la agricultura. Se expresa en mm por unidad de tiempo, y depende de muchos factores, además de los mencionados antes (radiación solar, ...), el tipo de suelo, la cubierta vegetal, entre otros.
Hablamos de Evapotranspiración Real, ETR, a la que se produce realmente y ETP, Evapotranspiración Potencial, a la que se produciría en condiciones óptimas de humedad del suelo y cobertura vegetal. En un lugar donde no haya humedad ni vegetación, la ETR será 0 y la ETP puede ser mayor. En un campo de cultivo bien regado ambas deberían coincidir, si eso no ocurre el terreno necesita riego. La ETP es una estimación teórica de la evapotranspiración, y se utiliza como un indicador de humedad o de aridez de una zona.
Otros índices de interés para el agricultor son la evapotranspiración de referencia ETo, se da en (mm/dia), y toma como base un cultivo bajo unas condiciones ideales, la ecuación recomendada por la FAO para el cálculo de la ETo es la de Penman-Monteith. Es utilizada por las comunidades de regantes para calcular las necesidades diarias de agua de sus cultivos. [2]
Su interés radica en conocer el volumen de agua disponible en una zona, que se puede estimar restando lo que llueve menos lo que se evapotranspira, y es de gran ayuda para la agricultura. Se expresa en mm por unidad de tiempo, y depende de muchos factores, además de los mencionados antes (radiación solar, ...), el tipo de suelo, la cubierta vegetal, entre otros.
Hablamos de Evapotranspiración Real, ETR, a la que se produce realmente y ETP, Evapotranspiración Potencial, a la que se produciría en condiciones óptimas de humedad del suelo y cobertura vegetal. En un lugar donde no haya humedad ni vegetación, la ETR será 0 y la ETP puede ser mayor. En un campo de cultivo bien regado ambas deberían coincidir, si eso no ocurre el terreno necesita riego. La ETP es una estimación teórica de la evapotranspiración, y se utiliza como un indicador de humedad o de aridez de una zona.
Otros índices de interés para el agricultor son la evapotranspiración de referencia ETo, se da en (mm/dia), y toma como base un cultivo bajo unas condiciones ideales, la ecuación recomendada por la FAO para el cálculo de la ETo es la de Penman-Monteith. Es utilizada por las comunidades de regantes para calcular las necesidades diarias de agua de sus cultivos. [2]
BALANCE HÍDRICO EN LA AGRICULTURA
El ministerio de agricultura, a través de la Subdirección General de Regadíos e Infraestructuras Rurales, pone a disposición de los usuarios de forma gratuíta toda la información recogida a través de la Red de Estaciones Agrometeorológicas de SiAR. Esto permite a los interesados conocer las necesidades hídricas de sus cultivos a partir de las condiciones climáticas.
En Monforte de Lemos disponemos de una de estas estaciones, situada en Catro Ventos, y tiene como instrumentos un termohigrómetro, una anemoveleta, un piranómetro (medidor de radiación solar), un pluviómetro, un sensor de temperatura del suelo y un datalogger (control de funcionamiento de la estación y medición de datos). [3]
Este es un ejemplo de presentación de datos en forma de tabla y de gráficos:
| Fecha | Temp Media (ºC) | Temp Max (ºC) | Temp Mín (ºC) | Eto (mm) | Tª S. 10 cm (ºC) | Tª S. 30 cm (ºC) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 01/01/2019 | 1,22 | 10,55 | -2,21 | 0,29 | 6,49 | 7,68 |
| 02/01/2019 | 0,89 | 3,33 | -1,94 | 0,31 | 6,34 | 7,36 |
| 03/01/2019 | -0,57 | 0,73 | -1,55 | 0,29 | 6,47 | 7,36 |
| 04/01/2019 | -2,05 | 0,79 | -3,48 | 0,25 | 5,97 | 7,02 |
| 05/01/2019 | -1,80 | 6,40 | -4,89 | 0,22 | 5,40 | 6,57 |
| 06/01/2019 | -1,49 | 8,89 | -5,49 | 0,29 | 4,40 | 5,89 |
| 07/01/2019 | -1,25 | 9,14 | -6,23 | 0,28 | 3,71 | 5,31 |
| 08/01/2019 | -0,95 | 8,41 | -5,09 | 0,32 | 3,61 | 5,00 |
| 09/01/2019 | -0,13 | 4,68 | -3,28 | 0,30 | 4,06 | 5,05 |
| 10/01/2019 | -0,69 | 4,07 | -4,08 | 0,30 | 4,12 | 5,15 |
| 11/01/2019 | -0,77 | 4,53 | -3,48 | 0,29 | 4,25 | 5,17 |
| 12/01/2019 | -1,69 | 3,52 | -4,29 | 0,28 | 3,72 | 4,88 |
| 13/01/2019 | -1,50 | 3,00 | -3,82 | 0,29 | 3,62 | 4,68 |
| 14/01/2019 | 2,07 | 8,81 | -1,41 | 0,36 | 4,28 | 4,92 |
| 15/01/2019 | 0,17 | 4,94 | -1,61 | 0,31 | 4,43 | 5,13 |
| 16/01/2019 | 2,68 | 7,15 | -1,41 | 0,38 | 4,73 | 5,22 |
| 17/01/2019 | 4,61 | 11,09 | -0,14 | 0,49 | 5,55 | 5,84 |
| 18/01/2019 | 2,66 | 5,48 | -0,94 | 0,38 | 5,16 | 5,77 |
Gráficas de los datos de los parámetros de temperatura media y temperatura del suelo, además del índice EtP.
 |
| Gráficas obtenidas de la web del SIAR |
 |
| SIAR app https://play.google.com/store/apps/details?id=com.tragsatec.mobile.siar |
La humedad del suelo
El contenido de humedad en el suelo es una de las variables más importantes en el estudio del intercambio de agua entre el suelo y la atmósfera, así mismo es fundamental para determinar los momentos óptimos de riego y su magnitud, en el caso de que se trate de suelos de uso agrícola. Este puede expresarse de varias formas, siendo las más comunes:
- volumétrico - como fracción del volumen de suelo en tanto por uno o en porcentaje, "volumen de agua" / "volumen del suelo que la contiene", suele denominarse θ
- gravimétrico - como fracción del peso del suelo
- laminar - como volumen por unidad de área del suelo.
PROPUESTA DE AULA: BALANCE HÍDRICO DEL SUELO DE UNA MACETA
A raíz de nuestra participación en las jornadas de XuvenCiencia, convocadas para el profesorado por la USC, hemos recibido de forma gratuíta un kit llamado Aqualab para realizar el balance hídrico del suelo de una maceta.
Entre otros materiales el kit consta de una placa Arduino Uno y dos sensores, uno capacitativo para medir el contenido de agua del suelo usando reflectometría, FDR (SoilWatch 10), y otro de temperatura y humedad, (DHT11). Así mismo nos han dado formación sobre el montaje, el calibrado, y el software necesario para utilizarlos. [4]
Más adelante podremos realizar en el aula distintos experimentos, como por ejemplo que el alumnado conozca en qué consiste la calibración del sensor, o la realización del balance de agua.
El experimento ha sido diseñado por los profesores Javier José Candela Barrio, Jorge Dafonte Dafonte, Miguel Anxo González García, y Monserrat Valcárcel Armesto, del Departamento de Ingeniería Agroforestal (Campus Terra Lugo).
Para su realización necesitaremos, además del kit proporcionado, una cantidad de tierra (aproximadamente un litro) de la zona que queramos estudiar y conocimientos básicos sobre el balance hídrico, que ya vienen detallados en las instrucciones. [5]
Entre otros materiales el kit consta de una placa Arduino Uno y dos sensores, uno capacitativo para medir el contenido de agua del suelo usando reflectometría, FDR (SoilWatch 10), y otro de temperatura y humedad, (DHT11). Así mismo nos han dado formación sobre el montaje, el calibrado, y el software necesario para utilizarlos. [4]
Más adelante podremos realizar en el aula distintos experimentos, como por ejemplo que el alumnado conozca en qué consiste la calibración del sensor, o la realización del balance de agua.
El experimento ha sido diseñado por los profesores Javier José Candela Barrio, Jorge Dafonte Dafonte, Miguel Anxo González García, y Monserrat Valcárcel Armesto, del Departamento de Ingeniería Agroforestal (Campus Terra Lugo).
Para su realización necesitaremos, además del kit proporcionado, una cantidad de tierra (aproximadamente un litro) de la zona que queramos estudiar y conocimientos básicos sobre el balance hídrico, que ya vienen detallados en las instrucciones. [5]
La información aportada por el sensor será clave en el experimento de ahí que tengamos que conocer su funcionamiento y cómo interpretar los resultados.
Respecto a la relación entre el experimento y el currículo de las distintas materias que participamos en el proyecto es obvia para Biología o cultura científica pero también para matemáticas. La calibración del sensor se realiza a través de un ajuste de regresión que forma parte de los contenidos de 1º de Bachillerato en el bloque de estadística.
Agradecemos al profesorado de Xuvenciencia, no sólo el regalo del kit, sino también la formación y su amabilidad y su disponibilidad para responder a todas nuestras dudas.
Continuaremos esta entrada con los resultado obtenidos al realizar la actividad.
WEBS CONSULTADAS
[1]Métodos de cálculo de balance hídrico (UNESCO) https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000137771
[2] http://siam.imida.es/docs/EstimacionETo.pdf
[3] Red de estaciones agrometeorológicas del SIAR http://eportal.mapama.gob.es/websiar/Inicio.aspx
[3] Red de estaciones agrometeorológicas del SIAR http://eportal.mapama.gob.es/websiar/Inicio.aspx
[4] Xuvenciencia http://www.usc.es/xuvenciencia/gl/contacto.htm
http://www.usc.es/xuvenciencia/aula/gl/index.htm
http://www.usc.es/xuvenciencia/aula/gl/index.htm
[5] Información sobre el sensor capacitativo https://pino-tech.eu/soilwatch10/
Calibrado del sensor https://www.onsetcomp.com/files/15922-C%20Calibrating%20ECH2O%20Soil%20Moisture%20Sensors.pdf
https://miarduinounotieneunblog.blogspot.com/2018/09/medida-de-la-humedad-del-terreno-con.html
Proyecto con Arduino http://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/6601/tfg-gar-dis.pdf?sequence=1
Calibrado del sensor https://www.onsetcomp.com/files/15922-C%20Calibrating%20ECH2O%20Soil%20Moisture%20Sensors.pdf
https://miarduinounotieneunblog.blogspot.com/2018/09/medida-de-la-humedad-del-terreno-con.html
Proyecto con Arduino http://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/6601/tfg-gar-dis.pdf?sequence=1
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