HYDROFEM: UN MODELO TRIDIMENSIONAL PARA LA SIMULACIÓN DEL FLUJO DE AGUA EN MEDIOS POROSOS DE SATURACIÓN VARIABLE

A. Arrarás Ventura

RESUMEN. El presente artículo tiene como objetivo principal la presentación del código HYDROFEM, desarrollado como herramienta de simulación para la caracterización de flujos de agua en la zona no saturada del suelo. Genéricamente, la aplicación está basada en la conocida ecuación de Richards, que posee una naturaleza fuertemente no lineal que hace de las técnicas numéricas el medio apropiado para su integración. Frente a otros modelos existentes, éste facilita la resolución de casos prácticos que tienen lugar sobre dominios espaciales tridimensionales y permite de este modo la simulación de sistemas complejos, cuya parametrización no admite el uso de esquemas simplificados a una o dos dimensiones. De forma adicional, unifica las alternativas incorporadas a distintos programas ampliamente utilizados en el ámbito de la hidrogeología, añadiendo al modelo general los procesos de precipitación y evaporación, drenaje libre y en profundidad o filtración multidireccional –a través de condiciones de contorno específicas–, así como una función de absorción radicular, en sus formulaciones de Feddes y van Genuchten –como término sumidero. El tratamiento de las propiedades hidráulicas del suelo ofrece la posibilidad de introducir diversos modelos analíticos para el estudio de perfiles homogéneos y estratificados (tales como Brooks-Corey, van Genuchten-Mualem y Vogel-Císlerová), asumiendo que su variabilidad espacial queda definida por una componente lineal dominante, caracterizada mediante un conjunto de factores de escala. Por último, HYDROFEM se halla dotado de una interfaz gráfica en entorno Windows, que permite la interacción del usuario tanto para la entrada de datos como para el post-proceso de resultados.

ABSTRACT. In general terms, the main object of this paper is the presentation of HYDROFEM code, developed for its use as a simulation tool for the characterization of water flow in the unsaturated zone. The model is based on Richards’ equation, a strongly nonlinear expression which requires efficient numerical methods for its integration. In comparison to other similar codes, HYDROFEM solves the water movement equation in those cases that take place over three-dimensional flow domains, permitting the simulation of complex systems which may be impossible to model by simplified one- or two-dimensional schemes. Moreover, the code unifies several features developed by highly-used computer programs among the hydrogeology community, including processes such as precipitation and evaporation, free and deep drainage or multidirectional seepage –through specific boundary conditions–, as well as a root water uptake function, in both Feddes’ and van Genuchten’s formulations –as the sink term. Treatment of the constitutive relationships of soil hydraulic properties takes into account several analytical models for the study of homogeneous and stratified profiles (such as Brooks-Corey, van Genuchten-Mualem and Vogel-Císlerová), assuming that their spatial variability is defined by a dominant linear component, characterized through a set of scaling factors. Finally, HYDROFEM presents a graphical user-friendly interface, developed for Windows work-stations, which permits a global control over both the input data and the output results.