Extending the integrated Richards Equation method to new boundary conditions: model description and validation

Inglés. There is a need for developing an accurate and simple method, which can be widely used in agro-hydrological models. The Integrated Richards Equation method is a good and simple method to simulate cyclic movement of water in the soil-atmosphere system. However, this method still has some unsolved problems and it is needed for further development if used in agro-hydrological simulation. In this study, the Integrated Richards Equation method was further developed for the agro-hydrological simulation by introducing the commonly used soil hydraulic functions, top and lower boundary conditions. Infiltration numerical experiments and a lab evaporation experiment were used for the validation of the model's capabilities of modelling infiltration and evaporation, respectively. A field evaporation experiment, which was conducted from 27 April to 21 November in 1971, at Big Ground field, Wellesbourne, UK, was used for in-site validation. Soil samples from four replicate plots were taken at 5 cm increments to a depth of 45 cm at regular intervals throughout the experiment. In total, 10 measurements of soil water content down the profile for ten different times were taken during the experiment. Numerical infiltration experiments showed that the proposed method could give good predictions for two contrasting soils, loamy sand and clay loam, under unsteady intense rainfall conditions. The results were in line with those from the complex numerical scheme of FEM. Good results were also obtained in testing the method for evaporation from coarse sand, but the method under-predicted the amount of evaporation from fine sand. The results of testing against data from the field experiment show that the predicted soil water content was in good agreement with the measured values down the soil profile, but not for the soil close to the surface. This indicates that the proposed method performed well in agro-hydrological simulations on agricultural bare soils under different complex conditions at the upper boundary. Thus the method could be applied in agro-hydrological simulations.

Español; castellano. Es necesario desarrollar un método preciso y sencillo que pueda usarse ampliamente en modelos agro-hidrológicos. El método integrado de la ecuación de Richards es un método sencillo para simular el movimiento cíclico del agua en el suelo y la atmósfera. Sin embargo, este método tiene todavía algunos problemas por resolver, necesarios para su desarrollo adicional si se utiliza en simulación agro-hidrológica. En este estudio, el método integrado de la ecuación de Richards fue desarrollado para simulación agro-hidrológica con la introducción de las funciones hidráulicas del suelo usadas comúnmente, condiciones de frontera superiores e inferiores. Los experimentos numéricos de infiltración y el de evaporación en laboratorio fueron utilizados para la validación de las capacidades del modelo en el modelado de infiltración y evaporación, respectivamente. Un experimento de evaporación de campo realizado del 27 de abril al 21 de noviembre de 1971, en Big Ground, Wellesbourne, Reino Unido, se usó en la validación de sitio. Muestras de suelo de cuatro réplicas de parcelas fueron tomadas a 45 cm profundidad en intervalos regulares de aumento de 5 cm durante el experimento. Diez mediciones del contenido de humedad del suelo hacia abajo del perfil en diez momentos diferentes se tomaron durante el experimento. Experimentos de infiltración numérica mostraron que el método propuesto podría generar predicciones buenas de dos suelos contrastantes, franco arenoso y franco arcilloso, con condiciones inestables de lluvias intensas. Los resultados concuerdan con los de la combinación numérica compleja del modelo FEM. Resultados buenos también se obtuvieron en las pruebas del método de evaporación de arena gruesa, pero el método de arena fina predijo menor cantidad evaporada. Los resultados de las pruebas en comparación con los datos del experimento de campo muestran que el contenido predicho de agua del suelo estuvo de acuerdo con los valores medidos en el perfil del suelo, pero no con los cercanos a la superficie del suelo. Esto indica que el método propuesto realizó bien las simulaciones agro-hidrológicos en suelos agrícolas desnudos en condiciones complejas diferentes en la frontera superior. Así, el método podría aplicarse en simulaciones agro-hidrológicas.