Calibración de sensores de humedad del suelo y determinación de firmas hidrológicas : calibración del sensor de humedad de suelo y firmas hidrológicas “P28 Cruz Loma”

El término humedad o contenido volumétrico de agua (VWC) en el suelo se refiere a la cantidad de agua que se encuentra disponible por unidad de volumen de este medio. Uno de los métodos para conocer la humedad del suelo es la reflectometría de dominio de tiempo, cuyo mecanismo de medición se basa en la propagación de ondas electromagnéticas a lo largo de las varillas del sensor CS650. Sin embargo, este equipo utiliza la ecuación de Topp para determinar los valores de VWC. En el propio manual del sensor se establece que Topp tiende a subestimar la humedad en suelos de origen volcánico. Para determinar el VWC el sensor CS650 mide la conductividad eléctrica que posteriormente es transformado en permitividad eléctrica, parámetro que mediante la ecuación de Topp se transforma a VWC. Con este conocimiento previo, se determinará la curva y ecuación de calibración para el sensor de código P28 ubicado en Cruz Loma, donde predomina la cobertura vegetal de tipo pajonal. La estación P28 le pertenece a la EPMAPS y una vez estos valores sean corregidos mediante la ecuación calibrada se podrán determinar series temporales a partir de los datos históricos registrados y también conocer las firmar hidrológicas en dicha estación. Para lograr este objetivo se deben tomar un núcleo de suelo grande en un cilindro de PVC con 40 cm de diámetro y 30 cm de alto. Además, se tomarán muestras inalteradas en anillos Kopecky y una muestra alterada en una funda ziploc. Con estas muestras se realizó ensayos en el LEMSUR y el LDIA pertenecientes a la Escuela Politécnica Nacional con la finalidad de conocer las propiedades físicas y químicas del suelo. En base a los resultados de laboratorio el suelo de la estación P28 tiene un pH de 5.45, una conductividad eléctrica de 20.08 µS/s, contenido de materia orgánica del 9.22%, contenido de carbono orgánico del 5.35%, densidad aparente seca de 0.92 g/cm3, gravedad especifica de 2.37, porosidad del 64%, y la clasificación SUCS corresponde es arena limosa. Mediante un constante monitoreo y la extracción de ocho submuestras de suelo del anillo de PVC, se logró determinar la ecuación polinómica de segundo grado calibrada para la estación P28. Una vez procesados los datos históricos se observa como las lluvias provocan un rápido incremento en el VWC del suelo, y la falta de ella una disminución en el VWC, ya que, el suelo retiene moderadamente el agua. Por último, la firma hidrológica de la estación P28 presenta una distribución bimodal.

The term soil moisture or volumetric water content (VWC) refers to the amount of water available per unit volume of this medium. One of the methods to measure soil moisture is time-domain reflectometry, whose measurement mechanism is based on the propagation of electromagnetic waves along the rods of the CS650 sensor. However, this equipment uses the Topp equation to determine VWC values. The sensor manual itself states that Topp tends to underestimate moisture in volcanic soils. To determine VWC, the CS650 sensor measures electrical conductivity, which is subsequently transformed into dielectric permittivity, a parameter that, using the Topp equation, is converted to VWC. With this prior knowledge, the calibration curve and equation for the sensor code P28 located in Cruz Loma, where tussock grass vegetation predominates, will be determined. Station P28 belongs to EPMAPS, and once these values are corrected using the calibrated equation, it will be possible to determine time series from the recorded historical data and also understand the hydrological signatures at this station. To achieve this goal, a large soil core must be taken in a PVC cylinder with a diameter of 40 cm and a height of 30 cm. Additionally, undisturbed samples will be taken in Kopecky rings, and a disturbed sample in a Ziploc bag. These samples will be tested at LEMSUR and LDIA, belonging to the National Polytechnic School, to determine the physical and chemical properties of the soil. Based on laboratory results, the soil at station P28 has a pH of 5.45, electrical conductivity of 20.08 µS/s, organic matter content of 9.22%, organic carbon content of 5.35%, dry bulk density of 0.92 g/cm³, specific gravity of 2.37, porosity of 64%, and the SUCS classification is silty sand. Through constant monitoring and the extraction of eight soil subsamples from the PVC ring, the calibrated second-degree polynomial equation for station P28 was determined. Once the historical data were processed, it was observed how rain causes a rapid increase in soil VWC, and the lack of it causes a decrease in VWC, as the soil moderately retains water. Finally, the hydrological signature of station P28 shows a bimodal distribution.