Introducción/Objetivos

La gestión eficiente del agua es un aspecto crucial en la agricultura, especialmente en regiones áridas donde los recursos hídricos son limitados. Los investigadores Zhang et al. han desarrollado y validado un modelo tridimensional en COMSOL Multiphysics® para simular el movimiento del agua en el suelo durante el riego por aspersión. La investigación de estos autores se presenta en el artículo titulado “Simulating coefficient of soil moisture content uniformity of sprinkler irrigation systems using a COMSOL-3D model” publicado en la revista “Agricultural Water Management” de la editorial Elsevier.

Modelado/Simulación

El modelo desarrollado permite simular el proceso de infiltración de agua cuando se utiliza un sistema de riego por aspersión en diferentes tipos de suelo, y evaluar la uniformidad de humedad del suelo. Se utilizaron los módulos de medios porosos y de flujo subsuperficial [2] COMSOL Multiphysics®. Para las simulaciones la profundidad del terreno considerada fue de 1 m. Como se muestra en la Figura 1, las boquillas de aspersión fueron dispuestas en forma de cuadrado y situadas a una altura de 1,7 m. Para modelizar cómo se distribuye el agua en la superficie, los autores incorporaron en el modelo medidas empíricas, y los tipos de suelo considerados fueron: arcilloso, arcilloso franco y arcilloso limoso. Con respecto al mallado, se utilizó una malla tetraédrica libre, aplicándose un refinamiento local de la malla en el área cercana a los vértices geométricos con una malla "extremadamente fina". La Figura 1 muestra las condiciones de contorno del modelo.

Figura 1. Condiciones de contorno utilizadas en el modelo desarrollado.

Resultados/Conclusiones

Los resultados de las simulaciones mostraron reproducir con buena precisión las medidas experimentales. Como resultados a destacar, se comprobó que un mayor tiempo de transporte de agua mejora la uniformidad de la humedad del suelo, lo que sugiere que un riego prolongado permite que el agua se distribuya de manera más uniforme en las distintas capas del suelo. El análisis dimensional del estudio reveló que la distribución de la humedad en el suelo está influenciado tanto por las propiedades del suelo como por la humedad inicial del mismo y la duración del riego. La Figura 2 muestra el contenido de humedad del suelo (soil moisture content, SMC) para los distintos tipos de suelo considerados, después de 24 horas de riego

Figura 2. Distribución del agua a diferentes profundidades para tres condiciones de textura del suelo 24 horas después del riego.

Este estudio muestra el potencial de COMSOL Multiphysics para analizar y optimizar procesos de riego en aplicaciones agrícolas, permitiendo optimizar los sistemas en función de factores como la tipología del terreno.

Referencias

[1] R. Zhang, Y. Liu, D. Zhu, P. Wu, X. Zhang. Simulating coefficient of soil moisture content uniformity of sprinkler irrigation systems using a COMSOL-3D model. Agricultural Water Management (2024), 305, 109116
[2] Módulo de flujo subsuperficial de COMSOL Multiphysics®.