Capacitance methods and Time Domain Reflectometry (TDR) rely on the permittivity differences of water compared to that of the solid phase of soil (75 vs. 5), in order to estimate the water content in the vadose zone. Water in soil is stored in pores of variable geometry (cylindrical, spherical, ellipsoidal, etc.) or it is adsorbed on the surface of mineral particles of different shape and rugosity. The geometrical effects that a saturated porous medium exerts on the permittivity of the liquid phase are known, but these have been poorly studied in soil. In this paper a simple method, based on weighted averages of the permittivity, is presented, that allows including geometrical effects on the computation of the dielectric constant of water. The model permits taking into account regular geometries such as spheres or cylinders. It is shown, for example, that the permittivity of water adsorbed in spherical pores is reduced 25% compared to the theoretical value obtained assuming a planar disposition (55 vs. 73). The model is generalized to ellipsoidal geometries, which would allow us the inclusion of complex geometrical effects in the estimation of the water content in the soil. | Métodos capacitivos y de reflectometría (TDR) hacen uso de las diferencias en permitividad del agua con respecto a la fase sólida del suelo (75 frente a 5) para estimar el contenido de humedad en la zona no saturada. El agua en el suelo se encuentra alojada en poros de geometría diversa (cilíndrica, esférica, elipsoidal, etc.) o adsorbida sobre la superficie de partículas minerales de formas y rugosidad variadas. Los efectos que la geometría de un medio poroso saturado infringe sobre la permitividad de la fase líquida son conocidos, aunque poco estudiados en el caso del suelo. En este trabajo se presenta un método sencillo, basado en medias ponderadas de la permitividad, que permite incluir efectos geométricos en el cálculo de la constante dieléctrica del agua. El modelo permite dar cuenta de geometrías regulares tales como esferas y cilindros. Se demuestra, por ejemplo, que la permitividad del agua adsorbida en poros esféricos se ve reducida en un 25% comparada con el valor teórico que se obtiene suponiendo una disposición plana (55 frente a 73). El modelo se generaliza a geometrías elipsoidales, que permitirían por tanto incluir efectos geométricos complejos en la estimación del contenido de humedad en el suelo.

Se desarrolla un modelo basado en la hipótesis de la distribución logarítmica normal del tamaño de poro para describir la curva de retención de agua. Los sustratos, de características muy diversas, se caracterizan aplicando una nueva metodología de laboratorio, que proporciona un elevado control de errores. Para evaluar la validez del modelo planteado, se compara con el modelo de Van Genuchten (1980) y con dos modelos polinómicos de tercer grado. Se plantea una simplificación del modelo log-normal reduciendo la integral doble a una sencilla. Respecto al valor de la porosidad se consideran dos variantes, en una se considera el valor calculado por el modelo, y en la otra el valor experimental entra como dato en el proceso de cálculo. Los modelos se comparan estudiando la falta de ajuste de los datos a cada modelo, y por el análisis de los residuos. El modelo log-normal presenta un poder predictivo similar al de Van Genuchten y superior a los dos modelos polinómicos. La simplificación planteada reduce la complejidad del cálculo manteniendo la fiabilidad. Se facilita el cálculo si se deja que el modelo calcule los valores de desplazamiento y escalado, comparando posteriormente su suma con el valor experimental de la porosidad.

El análisis de los distintos fenómenos de relajación dieléctrica que ocurren en el sistema agua-suelo se muestra como un efectivo método para reconocer los diferentes estados energéticos del agua en el suelo. Mientras que el agua libre mantiene un comportamiento de libre dispersión hasta el dominio de los GHz, el agua adsorbida muestra unos picos de pérdida a frecuencias relativamente bajas. La necesidad de caracterizar el sistema agua-suelo en la banda de frecuencias de 10kHz-10MHz se pone de manifiesto, especialmente en el caso de suelos de textura fina o en medios áridos en los que el agua libre sea escasa. Pérdidas dieléctricas en una frecuencia característica de relajación de 2 MHz han sido observadas en dos tipos de suelos. La intensidad del pico de pérdida se correlaciona con el contenido de agua de la muestra.

Se discuten los resultados del quimismo del agua intersticial de zona no saturada en muestras semanales obtenidas con cápsulas de cerámica porosa y teflón en el período febrero-mayo de 1997. Se han examinado las interacciones entre el agua y los materiales porosos en parámetros inestables (temperatura, conductividad y pH), iones mayoritarios (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO4 2-, CO3 2-, HCO3-) y algunos minoritarios (NO3- y NH4+). Los resultados demuestran que las cápsulas de cerámica porosa no son inertes para Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO4 2-, CO3 2- y HCO3-, pero en cambio su utilización es válida para el Cl-, NO3 - y NH4 +. Se corrobora, así, a nivel de campo, parte de los resultados experimentales obtenidos al respecto por otros autores bajo condiciones de laboratorio (Morell y Sánchez-Pérez, 1998). Respecto a los parámetros inestables la cerámica se puede usar sin restricciones para medidas de pH hasta profundidades de 1 m, con pequeñas restricciones para medidas de temperatura, y no se aconseja su utilización para medidas de conductividad. Aunque el campo de validez engloba Cl- y NO3-, que siguen siendo los iones comúnmente empleados en experiencias de campo, para el resto de iones se recomienda tomar precauciones a la hora de utilizar una u otra cápsula y la decisión debe basarse en los objetivos que se persigan y en experiencias previas de laboratorio antes de su instalación.