Ecuacion Revisada De Erosion Eolica 3qav

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA ASIGNATURA: EDAFOLOGIA SEMESTRE: IV SECCIÓN: B DOCENTE: ING. FERNANDO TORIBIO ROMAN INTEGRANTES:  DURAN APUMAYTA HALIHINS  GASPAR PARI DOMINGO  HUAYLLANI CONDOR INGRID NIKOL  ORTIZ BARRETO NIRIAN IVELIA  POMA VIDAL KENIA MARIBEL  QUISPE GASPAR ANALI  SANDOVALCONDORI ESTEFANI KAREN

ECUACIÓN REVISADA DE EROSIÓN EÓLICA (RWEQ)

Huancavelica – perú 2016

 

LA MOVILIZACIÓN DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO Es la movilización (o deflación), el transporte, la abrasión, la selección y la deposición de agregados, partículas individuales o los agregados del suelo. La movilización de partículas se produce solamente cuando las fuerzas aerodinámicas (desestabilizadoras) superan la magnitud de las fuerzas estáticas. la velocidad umbral de transporte frecuentemente también denominada umbral de deflación. Esta es la velocidad mínima requerida para iniciar el proceso.

La velocidad umbral de deflación puede ser estimada por medio de modelos matemáticos. Fue desarrollado por Bagnold (1941), quien estableció que el movimiento del aire provoca una fuerza de arrastre horizontal F sobre la partícula.

Donde: es una constante.

r = es la fuerza de tensión producida por el movimiento turbulento del aire. d = el diámetro de la partícula, u la velocidad del viento. = la densidad de la partícula.

En la década del 70 y 80, estudios llevados a cabo en la NASA (1976) mejoraron los modelos de Bagnold y de Chepìl, quienes habían trabajado con partículas de tamaño arena. Estos investigadores trabajaron con partículas de menor diámetro y comprobaron que, además de las fuerzas descriptas anteriormente por Bagnold y por Chepil, existe una fuerza entre partículas (Lp) que se agrega a las de gravedad G y se opone a la fuerza de arrastre del viento F y a la fuerza ascendente de succión L.

Donde: Ip = intensidad de turbulencia del viento.

Las fuerzas actuantes sobre una partícula son, según Chepil, la horizontal de tracción y dos fuerzas verticales opuestas: Una descendente, la de gravedad (G) y otra ascendente de succión (L) (Figura 2.2). La ecuación que explica esta relación es la siguiente:

EL TRANSPORTE DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO Una vez puestas en movimiento por el viento, las partículas son transportadas y nuevamente sedimentadas a mayor o menor distancia. De acuerdo a su diámetro pueden ser transportadas por rodadura, saltación o suspensión • Saltación: Es el tipo inicial de transporte de las partículas. Las partículas transportadas por saltación poseen un diámetro definido, que oscila entre 50 y 500 µm. El impacto de una partícula en el suelo consume un 60% de energía para el rebote de la misma partícula, un 40% para deformar y reacomodar otras partículas y sólo 1% para movilizarlas La saltación provoca los movimientos de suspensión y rodadura representa un 50% al 75% del total del material transportado por el viento.

• Rodadura: Es el transporte de partículas que se realiza sin un despegue de las mismas de la superficie del suelo. pueden transformarse en partículas o agregados más pequeños y ser transportados por saltación, e incrementar de esta forma su poder destructivo. • Suspensión: Es el transporte por flotación en el aire de partículas pequeñas (< 100 µm) puede alcanzar algunos km de altura y varios centenares de km de distancia. aproximadamente un 3 a un 40% de las partículas son

DEFINICION DE LA ECUACION REVISADA DE LA EROSION EOLICA Actualmente, el agricultural research service (ars) está desarrollando un nuevo modelo para predir la erosión eólica, la ecuación revisada de erosión eólica (RWEQ), que salvará las limitaciones de la WEQ (predicciones anuales, baja precisión en función de las variables relacionadas con el manejo, particularmente cobertura con residuos y canopeo). las propiedades usadas en la RWEQ para caracterizar los suelos pueden dividirse en dos amplios rangos:

a) propiedades intrínsecas: que son más o menos estáticas y que cambian muy lentamente a través del tiempo (ej: materia orgánica, proporción de arcillas). b) propiedades temporales dinámicas: que cambian rápidamente en respuesta al manejo o influencias climáticas. (ej: densidad aparente, distribución de agregados), con la RWEQ podrían estimarse a diario las pérdidas debidas a erosión eólica, como así también la variabilidad a campo en tiempo y espacio definidos.

USOS

Este modelo es una herramienta para estimar la erosión de los suelos, elemento central determinante de la sustentabilidad de los sistemas productivos agropecuarios, ya que a nivel de las unidades productivas, la erosión reduce el potencial productivo por la propia pérdida de masa del suelo y porque se asocia siempre a la degradación de las propiedades del suelo que permanece in situ. Se le puede dar diferentes usos a esta ecuación para determinar lo siguientes casos:

O Para estimar las tasas de

erosión. O Evaluar cuantitativamente las alternativas de uso de suelos en términos de la erosión. O Como también para evaluar las externalidades del caso. O Evaluar la oxidación acelerada de la materia orgánica del suelo removido por la erosión. O Prácticamente evalúa el impacto ambiental que causa la erosión del suelo.

Las ecuaciones de transporte de masa han sido desarrolladas para la aplicación al movimiento de suelos agrícolas o arenas del desierto. El transporte de masa a través de una superficie erodable fue medida por Bagnold (1941), Chepil (1945) y Stout (1990), entre otros. La ecuación básica que define la distribución horizontal de la masa transportada es:

El parámetro de viento es básico en la RWEQ. Para estimar la erosión del suelo son fundamentales los datos exactos del viento. Bagnold (1943) y Zingg (1953, citado por Fryrear et al., 1998) usaron el cubo de la velocidad de fricción para describir la relación entre la velocidad del viento y el transporte de masa. Para computar la velocidad de fricción, debe ser descripta la rugosidad de la superficie. Tanto la rugosidad del suelo, los niveles de residuo, las barreras eólicas y la textura del suelo son altamente variables, por lo que fue usada una referencia de la velocidad del viento sobre la superficie limite. Las medidas de campo son hechas desde superficies relativamente lisas, sin embargo la referencia del instrumental se toma desde una altura de 2 metros.

La RWEQ expresa el valor viento usando la velocidad del viento menos la velocidad umbral. La ecuación para calcular el factor viento es:

Esta ecuación ha sido seleccionada para aplicar a la RWEQ, debido a que ofrece el más amplio rango de valores de viento (W), cuando U varía desde 6 a 20 m/seg. Esto surgió luego de analizarse distintas combinaciones entre la velocidad del viento y la velocidad umbral, utilizándose además las expresiones:



Para obtener el factor viento (Wf) de la ecuación puede utilizarse el procedimiento descripto por Skidmore & Tatarko (1990) reuniendo en la RWEQ, más de 600 archivos de datos climáticos. En estos archivos el viento es descripto con los coeficientes k y c de Weibull, porcentaje de calma, y distribución de la probabilidad acumulativa. Las velocidades de viento obtenidas a 10 metros de altura son convertidas en velocidades a 2 m y luego es computado el factor viento.



El factor viento (Wf) se determina dividiendo el valor total del viento para cada período por 500 y se multiplica luego por el número de días del período considerado



Factor Tiempo (WF) WF = Wf (/g) (SW) SD



Donde:



WF = factor tiempo, kg/ m.



Wf = factor viento, (m/ seg) 3.



= densidad del aire, kg/ m3.



g = aceleración de la gravedad, m/ seg2.



SW = humedad del suelo, adimensional.



SD = factor cobertura.



En la WEQ el WF tuvo el mismo término como factor climático, en cambio en la RWEQ el factor WF también contiene términos de velocidad umbral y cobertura lisa. La humedad de la superficie tiene influencia en la velocidad del viento requerida para erodar el suelo. 



La permanencia de la humedad en la superficie del suelo depende de la demanda de evaporación por parte de la atmósfera, siendo el factor SW = ((ET – (R + I) (R /N ))/ET

 

Donde: SW = factor humedad de suelo.



ET = evapotranspiración potencial relativa, mm.



R = número de días con lluvia y/ o número de días con riego.



R + I = lluvias e irrigación, mm.



N = número de días (normalmente 15).



La ecuación de ET obtenida por Samani & Pessarakli (1986) es: ET = 0.0162 * (SR/58.5) (DT + 17.8) Wf = (W/500) * Nd



Donde:



SR = radiación solar total para el período considerado, cal/ cm2.



DT = temperatura promedio, ºC.



La ecuación de ET obtenida por Samani & Pessarakli (1986) es: ET = 0.0162 * (SR/58.5) (DT + 17.8)

   

Wf = (W/500) * Nd Donde: SR = radiación solar total para el período considerado, cal/ cm2. DT = temperatura promedio, ºC.

La  humedad  del  suelo  incrementa  la  resistencia  del  mismo  a  la  erosión.  Cuando  llueve  o  se  aplica  riego,  el  factor  humedad es cero y por  lo tanto no  hay erosión en  ese período, caso contrario  el factor a considerar sería 1.

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Si el suelo está cubierto con nieve no hay erosión entonces el factor Cobertura con Nieve (SD) es cero. Si en un mes, el 50 % del tiempo el suelo está cubierto con nieve, se considera que el SD vale 0.5.

LA FRACCIÓN ERODABLE DEL SUELO (EF) está constituida por los agregados menores a 0.84 mm de diámetro, que se encuentra en los 25 mm superficiales del suelo y que puede ser determinada mediante tamiz rotativo. La metodología consiste en tomar una muestra por mes, durante tres años, y tamizarla. correlacionó el valor de EF mas alto hallado en un año, con propiedades físicas y químicas del suelo, dando como resultado:



 



La ecuación citada procedente fue verificada para suelos con características físicas y químicas citadas entre paréntesis.



El impacto de las gotas de lluvia en la superficie del suelo, provocan con redistribución de las partículas y la formación de una costra superficial, la cual puede ser extremadamente dura o muy frágil y de esta forma decrecer o incrementar la erosión eólica potencial.



En un suelo encostrado, las perdidas de suelo eran un sexto de aquellas de un suelo no encostrado. Esta relación es observada con texturas franco limosas pero no se ajusta a suelos arenosos fácilmente erodibles. Este factor fue desarrollado en el laboratorio, utilizando túnel de viento, siendo la ecuación:

Donde:  Cl = contenido de arcilla, % (de 5.0 a 39.3)  MO = materia orgánica, % (de 0.32 a 4.74) Esta ecuación es válida con suelos con contenidos de arcilla y MO citados entre paréntesis. En la RWEQ se computa el factor encostramiento (SFC) cuando las lluvias acumuladas son iguales o superiores a 12mm. Cuando el contenido de arcilla es inferior al 5% o después de una labranza, el SCF es uno. La cantidad y orientación de los residuos tiene un significativo impacto en la erosión de suelos por el viento, se han realizado ensayos en túnel de viento donde fueron evaluados el impacto del crecimiento de los cultivos, la presencia de residuos, la silueta de las plantas y el canopeo de los cultivos.



 

Mediamte la ecuación matemática desarrollada a partir de estudios con túnel de viento en laboratorio y en el campo, puede determinarse la tasa de perdidas de suelo, con el efecto de los residuos planos (SLRf).

Donde:  SLRf = coeficiente de pérdida de suelo con cobertura de residuos planos.  SC = superficie del suelo cubierta con residuos planos.

Si hay cobertura rocosa, ésta será adicionada a la cobertura de residuos planos. Residuos en pie (SLRs): Los residuos en pie reducen la velocidad del viento cerca de la superficie del suelo. Al tratarse de residuos en pie, Bilbro & Fryrear (1994) desarrollaron una ecuación de pérdida de suelos cuyo coeficiente fue ajustado teniendo en cuenta el número, altura y diámetro del material en pie.



 

= DONDE: SLRS = tasa de pérdida de suelo teniendo en cuenta la silueta de las plantas. SA = área de la silueta de una planta multiplicada por su densidad referida a 1 m2 , diámetro y altura (en cm).



 

Tanto los residuos de cultivo planos como en pie, son descompuestos con diferentes coeficientes. La temperatura y el número de días con lluvia pueden ser computados en la descomposición de residuos de plantas. El porcentaje de cobertura (SC) se calcula en este caso teniendo en cuenta la masa de residuos planos () y el factor de conversión de cobertura de masa (mcf). SC = 100 ()

Los coeficientes de descomposición están ajustados para diferentes cultivos. Las emergencia de las plántulas y el subsecuente aumento de tamaño de las plantas mejora la cobertura espacial por canopeo. Para convertir la influencia del canopeo de los cultivos en pérdida de suelo se utiliza la siguiente ecuación:



 

SLRc = DONDE: SLRc = tasa de pérdida de suelo teniendo en cuenta el canopeo de los cultivos en crecimiento. cc = fracción de la superficie del suelo cubierto por el cultivo.

La estimación de la erosión del suelo requiere de descripciones precisas de las condiciones de la rugosidad producidas por las labranzas, y degradadas por el tiempo. Saleh & Fryrear (1997) desarrollaron para la RWEQ ecuaciones para computar el efecto de la rugosidad que dejan las labranzas. La siguiente ecuación es utilizada en la RWEQ con el fin de convertir el RR en pulgadas, conociendo la medida de rugosidad mediante el método de la cadena (Crr).

Crr = 17.46 RR 0.738 Zingg & Woodruff (1951), calcularon la rugosidad de las crestas del suelo con la siguiente ecuación: Kr = 4 ((RH)2 / (RS)) Donde: Kr = rugosidad de las crestas del suelo, cm. RH = altura de la cresta, cm. RS = espaciamiento entre crestas, cm.

Degradación de la rugosidad del suelo

Es un proceso evolutivo regresivo asociado al desequilibrio de un suelo estable.

Retroceso •

causado fundamentalmente por la erosión

Degradación es una evolución diferente a la natural relacionada con el clima y la vegetación.

 

ORR= relación entre el Kr después de la lluvia con el Kr previo a la lluvia. CUMEI= índice acumulado de la erosividad de las tormentas. CUMR=lluvias acumuladas.

Saleh desarrollo ecuaciones para estimar este parámetro usando el porcentaje de arcillas, las lluvias acumuladas y el índice acumulado de la erosividad de las tormentas .

En la Rweq en la Siendo DF= factor de ecuación utilizada degradación, como para la degradación sigue: de la rugosidad es: •

DF=e EXP(0,0930,07CL+0,0011()0,674MO+0,12 ())

•

 

 

Donde: •RRR = Relación entre Crr antes de la lluvia y el Crr luego de la lluvia.

EN LA RWEQ SE UTILIZA: •  

Donde: • PUV: • OD: • DFD:

Porcentaje de velocidad erosiva. Densidad óptica (rango de 28 a 100%). Distancia a sotavento entre barreras.

Validación de la Revised Erosión Eólica Ecuación (RWEQ) para eventos individuales y períodos discretos. 

La erosión del viento revisado Ecuación (RWEQ) realiza estimaciones anuales o periódicos de la erosión del viento sobre la base de un modelo de erosión eólica evento único que incluye factores de viento y lluvia, la rugosidad del suelo, la fracción erosionable de los residuos del suelo, costras, y de superficie. En este estudio de la erosión del viento y de los factores utilizados en RWEQ se midieron durante 41 tormentas en seis lugares en los EE.UU. (en Missouri, Texas, Washington - 2 sitios, Nebraska y Colorado). El transporte máximo de sedimentos (Qmax), longitud del campo crítico (S, el punto de la curva sigmoidal de Qx inflexión, la masa transportada a una distancia x, contra Qmax) y la pérdida de suelo de campo (SL) se calcularon a partir de los datos de campo medido y estimado usando las ecuaciones proporcionadas por RWEQ. RWEQ subestimado Qmax y SL y sobrestimó S. regresiones lineales simples entre observado y estima Qmax, S y SL reveló significativa (P <0,05) correlaciones de Qmax y SL. Los coeficientes de correlación para Qmax y SL fueron 0,70 y 0,62, respectivamente. El S calculada no se relacionó significativamente con la S. estimado

Validación del simulador estocástico erosión eólica (WESS) y la ecuación de la erosión eólica revisado (RWEQ) para eventos individuales 

El simulador estocástico erosión eólica (WESS) es un modelo único de la erosión eólica evento que es el núcleo del submodelo erosión eólica del modelo de erosión política ambiental integrada sobre el clima (EPIC). WESS utiliza insumos de la textura del suelo, diámetro de partícula erosionable, rugosidad del suelo, humedad del suelo, residuos de cosecha, y 10 min velocidades medias de viento para predecir la erosión en varias distancias seleccionadas por el dentro de un campo determinado. La ecuación de la erosión eólica revisado (RWEQ) realiza estimaciones anuales o períodos de erosión eólica basado en un modelo de erosión eólica evento único que incluye factores de viento y lluvia, la rugosidad del suelo, la fracción erosionable de los residuos del suelo, costras, y de superficie. En este estudio, se compararon las estimaciones de la erosión del viento en varios puntos en un campo de 24 eventos en Big Spring, Texas con las predicciones de WESS y estimaciones en comparación de la capacidad máxima de transporte de sedimentos (Qmax), longitud del campo crítico en el que se alcanza Qmax ( S), y el suelo de pérdida (SL) calculado a partir de datos de campo recogidos medido en seis lugares y 41 eventos con las predicciones de RWEQ. En comparación con las estimaciones observadas de la erosión de los 24 eventos, WESS bajo-predijo 9 eventos, predijo con exactitud 8 eventos, y sobre-predicho 7 eventos. En general, RWEQ subestimado Qmax y SL y sobrestimó S.

Rugosidad del suelo para la ecuación de la erosión eólica revisado (RWEQ) 

Agregados superficiales del suelo (rugosidad aleatoria) y crestas (rugosidad orientada) pueden reducir la pérdida de suelo por erosión eólica. El factor de rugosidad del suelo utilizado en el modelo de la ecuación de la erosión del viento (WEQ) describe el efecto de la rugosidad del suelo sobre la pérdida de suelo por el viento. Sin embargo, el factor de rugosidad suelo utilizado en el WEQ no incluye el efecto de la rugosidad aleatoria, la decadencia de la rugosidad de la superficie del suelo por la lluvia, y se describe sólo para la dirección perpendicular a las crestas. Este estudio se llevó a cabo para desarrollar un nuevo factor de rugosidad del suelo para el modelo revisado de la erosión del viento Ecuación (RWEQ). El nuevo factor de rugosidad del suelo (K ') (1) incluye tanto orientados y efecto rugosidad aleatoria; (2) se modifica como superficie del suelo rugosidad decadencia por la lluvia; y (3) se predice en cualquier ángulo dado con respecto a la orientación cresta. Datos del túnel de viento se utilizaron para generar K 'que incluye el efecto de la rugosidad aleatoria tanto y orientado. Funciones de decaimiento rugosidad superficial fueron utilizados para predecir K "cuando la superficie del suelo se han debilitado en función del índice de la cantidad de lluvia y la tormenta erosividad (EI). Una función se utilizó para predecir K 'en cualquier ángulo dado con respecto a la orientación cresta para los campos de camellones.

RWEQ: Mejora de la tecnología de la erosión eólica 

Un modelo de erosión mejorada viento (RWEQ) se ha desarrollado y validado con datos de campo de erosión de 45 años de sitio. En RWEQ, el residuo, erosionabilidad del suelo, y los parámetros de rugosidad del suelo se representan como coeficientes. Dentro del programa de ordenador RWEQ, residuos en la superficie se descomponen con las condiciones climáticas. Los residuos son enterrados o aplanadas con operaciones de labranza. Rugosidad del suelo se modifica con implementos de labranza y rugosidad cariados con la precipitación o la cantidad de riego y erosividad tormenta. Efecto de las barreras de viento se describe con un índice de densidad óptica, pero la zona de protección a favor del viento depende de la velocidad del viento y de la superficie del suelo condiciones. La velocidad del viento sobre las facturas se modifica y el efecto se incluye en las estimaciones de pérdida de suelo. Datos de pérdida de suelo se obtuvieron de los sitios con un rango anual de precipitaciones de 191 a 1255 mm. Contenido de arena del suelo varía del 10 al 87%. La mayoría de los datos de erosión son de campos circulares de 2,6 ha de tamaño, pero los datos eran aho recogido de un círculo de 52 ha y campos rectangulares de 36 a 128 ha. Pérdidas de suelo medidos variaron de pérdidas de suelo de 0 a 31,21 kg m2 y estimadas con RWEQ por los mismos sitios variados de 0 a 39,15 kg M2. Correlación estadística entre los valores medidos y estimados fue significativa. RWEQ ha sido probado en una amplia gama de suelos, el clima y las condiciones del cultivo, pero la prueba adicional puede ser necesaria en suelos no minerales.