La hidrología agrícola es el estudio de los componentes del balance hídrico en los suelos y en el manejo de agua especialmente en el riego y el drenaje subterráneo. N.A. de Ridder and J. Boonstra, 1994. Analysis of Water Balances. In: H.P.Ritzema (ed.), Drainage Principles and Applications, Publication 16, p.601-634. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. ISBN 90 70754 3 39 miniatura|200px|Ilustración de algunos componentes del balance de agua en el suelo
Componentes del balance de agua miniatura|400px|Componentes del balance hídrico en el suelo Los componentes del balance de agua se dejan agrupar conforme a las zonas en una sección vertical en el suelo constituyendo reservorios con flujo de entrada y de salida y almacenaje del agua: Drainage for Agriculture: Hydrology and Water Balances. Lecture notes, International Course on Land Drainage (ICLD), International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. On the web:
+SímboloNombreDescripciónSReservorio superficialRZona de las raíces (Zona no saturada)Con flujo mayormente verticalQAcuíferoCon flujo mayormente horizontalTZona de transiciónEn la cual se convierte el flujo horizontal y vertical uno al otro +Balance generalflujo entrante = flujo saliendo + cambio de almacenamientoSe aplica a cada uno de los reservorios o una combinación de ellos.
En los balances siguientes se asuma que la tabla de agua se encuentra en la zona de transición. Cuando no, se deben hace ajustes. 400px|miniatura|La escorrentía superficial en el método del Número de Curva
Balance superficial +Balance hídrico superficialRai + Isu = Eva + Inf + Osu + WsReservorio superficialSímboloDescripciónEntradaRaiAgua entrando verticalmente como la precipitación (la lluvia incluyendo la nieve), y la irrigación por aspersiónIsuAgua entrando horizontalmente, que puede ser por inundación o irrigación superficial.SalidaEvaEvaporación actual de agua abiertaInfInfiltración del agua a través de la superficie del suelo hacia la zona de los raícesOsuEscurrimiento superficial natural o drenaje superficial artificialWsCambio de almacenamiento en la superficie del suelo
Ejemplo de un balance superficial Se da un ejemplo de la escorrentía a superficial con el método del Número de Curva. La ecuación que se emplea es:
Osu = (Rai –Ws)2 / (Pp – Ws + Rm).
donde Rm es la retención máxima del área en la cual se aplica el método.
Normalmente se tiene que Ws = 0.2 Rm y el valor de Rm depende de las características del suelo. El método del Número de Curva provee cuadros para determinar esta relación.
El método rinde volúmenes acumulados de escorrentía. Para obtener la intensidad o velocidad de la escorrentía (es decir volumen por unidad de tiempo) hay que dividir la duración acumulada en varias elementos del tiempo (por ejemplo horas).
Balance de la zona de raíces +Balance hídrico de la zona de raícesInf + Cap = Era + Per + WrZona de raícesSímboloDescripciónEntradaInfInfiltración del agua a través de la superficie del suelo hacia la zona de los raícesCapAscenso capilar de la zona de transición hacia la zona de raícesSalidaEraEvapotranspiración actual desde la zona de los raíces, sea directamente o por la vegetaciónPerPercolación de la zona radicular hacia la zona de transiciónWrCambio de almacenamiento en la zona radicular
Balance en la zona de transición +Balance hídrico de la zona de transiciónPer + Lca + Ugw = Cap + Dtr + Dgw + WtZona de transiciónSímboloDescripciónEntradaPerPercolación de la zona radicular hacia la zona de transiciónLcaInfiltración de aguas del río, de canales u otros conductores de aguaUgwFlujo vertical ascendente desde el acuífero hacia la zona de transiciónSalidaCapAscenso capilar de la zona de transición hacia la zona de raícesDtrDrenaje subterráneo artificial horizontalDgwDrenaje natural vertical descendente desde la zona de transición hacia el acuíferoWtCambio de almacenamiento en la zona de transición que se nota como un cambio del nivel de la tabla de agua.
Balance de agua del acuífero +Balance hídrico del acuíferoDgw + Iaq = Ugw + Wel + Oaq + WqAcuíferoSímboloDescripciónEntradaDgwDrenaje natural vertical descendente desde la zona de transición hacia el acuíferoIaqFlujo de agua subterránea horizontal entrando en el acuíferoSalidaUgwFlujo vertical ascendente desde el acuífero hacia la zona de transiciónWelDrenaje subterráneo artificial vertical por pozos colocados en el acuíferoOaqFlujo de agua subterránea horizontal saliendo del acuíferoWqCambio de almacenamiento en el acuífero que se nota como un cambio de la presión hidráulica del acuífero
Balances específicos
Balances combinados Balance de agua de dos zonas adyacentes se dejan combinar. En el balance combinado los componentes de entrada y salida de la una zona la otra disaparecen. En balances de tiempo largo (un mes, una estación, un año), a menudo los componentes de almacenamiento son pequeños y despreciables. Eliminando se obtiene el estado estacionario o el balance en equilibrio.
+Balance de agua del suelo superiorRai + Isu + Cap = Eva + Era + Osu + PerCombinación del reservorio superficial (S) y la zona radicular (R), donde el factor de conexión Inf ha desaparecido.
+Balance de agua del subsueloInf + Lca + Ugw = Era + Dtr + DgwCombinación del reservorio radicular (R) y la zona de transición (T), donde los factores de enlace Per y Cap han desaparecido.
+Balance geohidrológicoPer + Lca + Iaq = Cap + Dtr + Wel + OaqCombinación la zona de transición (T) y la zona del acuífero (Q), donde los factores de enlace Ugw y Dgw han desaparecido.
+Balance de agua agronómicoRai + Isu + Lca + Ugw = Eva + Era + Osu + Dtr + DgwCombinando los tres balances superiores (de las zonas S, R y T), donde los componentes de connección Inf, Per y Cap han desaparecido.
+Balance de agua totalRai + Isu + Lca + Iaq = Eva + Era + Osu + Dtr + Wel + OaqCombinación de todos los reservorios en estado estacionario, donde los factores de enlace Inf, Per, Cap, Ugw and Dgw se eliminaron.
300px|miniatura|Diagrama de la reutilización de agua subterránea para el riego utilizando pozos bomdeados.
Ejemplo de un balance total Se da un ejemplo del reutilización de agua subterránea para el riego utilizando pozos bomdeados.
El riego total y la infiltración es: Inf = Irr + Wel, donde Irr = el riego superfial del sistema de canales, y Wel = el riego por pozos La eficiencia del riego a nivel de campo (Ff < 1) es: Ff = Era / Inf, donde Era = la evapotranspiración del cultivo (uso consunptivo). El valor de Era es menor de Inf, hay un exceso de riego que se percola hacia el subsuelo (Per): Per = Irr + Wel – Era, o sea: Per = (1 - Ff) (Irr + Wel). La percolación Per se bombea de nuevo por los pozos para regar (Wel), entonces: Wel = Per, o sea: Wel = (1 - Ff) (Irr + Wel), y por esto: Wel / Irr = (1 - Ff) / Ff Con la previa ecuación se puede preparar el siguiente cuadro:
Ff 0.20 0.25 0.33 0.50 0.75 Well / Irr 4 3 2 1 0.33
Se ve que con bajas eficiencias de riego la cantidad de agua bombeada de los pozos (Wel) es varias veces más grande que el agua de riego traído por el sistema de los canales (Irr). Esto se debe al hecho que una gota de agua tiene que ser recirculado en premedio varias veces antes de ser consumido por las plantas.
Tabla de agua afuera de la zona de transición Cuando la napa freática se encuentra por encima de la superficie del suelo, los balances conteniendo los factores Inf, Per, Cap no son aplicables porque estos factores no existen. Cuando el freático se ubica dentro de la zona de los raíces, los balances usando los componentes de enlace Per y Cap no son apropiados porque ellos no son presentes. Cuando la capa freática está por debajo de la zona de transición, solo el balance hídrico del acuífero es aplicable.
Número de zonas disminuido En las condiciones naturales del terreno puede ser que no haya ninguno acuífero, zona de transición o zona radicular. Los balances de agua se pueden adaptar a estas condiciones.
Valores netos y de exceso Los componentes verticales a lo largo de los límites entre dos zonas con flechas en la misma dirección (es decir ambos ascendentes o ambos descendentes) se dejan combinar en valores netos. Por ejemplo: Npc = Per − Cap (percolación neta), Ncp = Cap − Per (ascenso capilar neto). Flujos horizontales en el mismo sentido se pueden unir como valores de exceso. Por ejemplo: Egio = Iaq − Oaq (exceso de flujo subterráneo entrando sobre flujo subterráneo saliendo), Egoi = Oaq − Iaq (exceso de flujo subterráneo saliendo sobre flujo subterráneo entrando).
miniatura|400px|Componentes del balance de agua en el modelo Saltmod
Balances de sales Artículo principal: suelo salino Balances agrícolas de agua se usan también para balances de sales en el suelo y en el control de la salinidad del suelo en áreas regadas. Además los balances de agua y sales se emplean en modelos agro-hidro-salino-drenaje como SaltMod, que requiere conocimiento de los flujos horizontales en el acuífero, y SahysMod, que incluye un modelo poligonal de flujo en el acuífero.
Requisitos de riego y drenaje El requisito de riego (Irr) se calcula del balance hídrico del suelo superior, el balance hídrico agronómico y/o del balance de agua total dependiente de la disponibilidad de datos de los factores que intervienen. 450px|miniatura|La descarga de drenaje determina el espaciamiento entre los drenes Considerando el riego superficial, asumiendo que la evaporación del agua superficial es despreciable (Eva = 0), igualando la evapotranspiración real (Era) a la evapotranspiración potencial (Epo), de modo que Era = Epo, y tomando el flujo superficial entrando (Isu) como riego (Irr), de manera que Isu = Irr, los balance resultan respectivamente en: Irr = Epo + Osu + Per − Rai − Cap Irr = Epo + Osu + Dtr + Dgw − Rai − Lca − Ugw Irr = Epo + Osu + Dtr + Oaq − Rai − Lca − Iaq Definiendo la eficiencia de riego como Ieff = Epo/Irr que representa la fracción del agua de riego consumida por el cultivo, se desprende que respectivamente: Ieff = 1 − (Osu + Per − Rai − Cap) / Irr Ieff = 1 − (Osu + Dtr + Dgw − Rai − Lca − Ugw) / Irr
Ieff = 1 − (Osu + Dtr + Oaq − Rai − Lca − Iaq) / Irr
Así mismo la abstracción segura por pozos para el riego, es decir la abstracción que no da lugar a la sobreexplotación del acuífero, se puede determinar del balance geohidrológico o el balance de agua total en dependencia de la disponibilidad de datos.
De manera semejante, el requisito de drenaje subterráneo se fija como la descarga de drenaje (Dtr) en el balance de agua del subsuelo, el balance hídrico agronómico o del balance de agua total.
El requisito del drenaje subterráneo y el requisito del drenaje por pozos juegan un papel importante en el diseño de sistemas de drenaje subterráneos (referencias:,The energy balance of groundwater flow applied to subsurface drainage in anisotropic soils by pipes or ditches with entrance resistance. On the web: . Paper based on: R.J. Oosterbaan, J. Boonstra and K.V.G.K. Rao, 1996, The energy balance of groundwater flow. Published in V.P.Singh and B.Kumar (eds.), Subsurface-Water Hydrology, p. 153-160, Vol.2 of Proceedings of the International Conference on Hydrology and Water Resources, New Delhi, India, 1993. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands. ISBN 978-0-7923-3651-8. En la web: Subsurface drainage by (tube)wells, 9 pp. Well spacing equations for fully or partially penetrating wells in uniform or layered aquifers with or without entrance resistance. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. En la web: ). miniatura|Datos climáticos promedios y el drenaje en Holanda {| class="wikitable" | bgcolor=#fafad2 | Ejemplo de requisitos de drenaje y riego |-