Modelado gravimétrico de la infiltración de agua utilizando la ecuación de Richards

Abstract

La precisión de los gravímetros superconductores es tal que permite detectar el efecto gravimétrico generado por la infiltración de agua durante una precipitación. El gravímetro superconductor R038 del Observatorio Argentino Alemán de Geodesia (AGGO) tiene una precisión de 0.1 nm/s2 (10 μGal) mientras que el efecto gravimétrico de una lámina de agua de 1 mm de espesor se estima en 0.4 nm/s2. Estos valores evidencian claramente la potencialidad de estos gravímetros para analizar procesos hidrológicos que ocurren a escala local tales como la infiltración y la evapotranspiración que representan ganancias y pérdidas de masa, respectivamente. En este trabajo se presenta un modelado numérico para estimar las variaciones de gravedad generadas por el proceso de infiltración a partir de la simulación de flujo de agua en la zona no saturada. Con este fin se asume que el flujo es vertical y que existe un radio de influencia finito para el efecto gravitatorio de la infiltración. Bajo estas hipótesis se resuelve la ecuación de Richards 1D mediante un método de elementos finitos mixtos y se calcula el efecto gravimétrico utilizando la expresión analítica de un cilindro vertical centrado en el gravímetro. El modelo desarrollado es utilizado para analizar los efectos del radio de influencia, de las propiedades hidráulicas del suelo y de la intensidad de la precipitación. Para este estudio se utilizan datos meteorológicos de la estación de AGGO y valores de los parámetros hidráulicos calculados a partir del análisis granulométrico de las muestras de suelo. Las simulaciones numéricas muestran que el efecto de la precipitación es relativamente local ya que el agua que infiltra en un radio de 100 m representa aproximadamente el 95% del efecto gravimétrico total. En relación a las texturas de suelo se observa que el efecto es significativo sólo para radios de influencia pequeños. Finalmente, y como era de esperar, la intensidad de la precipitación afecta en forma directa el valor de la gravedad. Estos resultados constituyen una base teórica y metodológica para futuras aplicaciones prácticas en el predio de AGGO.