Stability regions for an explicit numerical solution of the one-dimensional richards equation applied to water soil infiltration

• Autores: Pedrozo, Héctor Alejandro; Rosenberger, Mario Roberto; Schvezov, Carlos Enrique
• Año de publicación: 2022
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Stability analysis; Richards equation; Porous media; Water infiltration; Análisis de estabilidad; Ecuación de richards; Medio poroso; Infiltración de agua
• Institución: Universidad Nacional de Misiones

Fil: Pedrozo, Héctor Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Fil: Pedrozo, Héctor Alejandro. Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Fil: Pedrozo, Héctor Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina.
Fil: Pedrozo, Héctor Alejandro. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina.
Fil: Rosenberger, Mario Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Fil: Rosenberger, Mario Roberto. Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Fil: Schvezov, Carlos Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Fil: Schvezov, Carlos Enrique. Universidad Nacional de Misiones. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina.
Richards equation describes the infiltration and movement of water in porous media, such as soils. This equation, added to the complex constitutive equations which characterize the soil, produces a nonlinear system of partial differential equations. In this work, the Richards equation formulated as a function of the saturation degree was solved by an explicit finite difference method. The matric potential was obtained as a function of the saturation degree, and the convergence of the solutions was analyzed by a modified von Neumann procedure and compared with numerical calculations. As a result, an analytical expression was obtained to determine a priori if a simulation was stable for given time and spatial steps. From those simulation parameters and soils properties, dimensionless numbers were defined to generalize the proposed method.
La ecuación de Richards se utiliza para modelar la infiltración y el movimiento de agua en suelos, u otro medio poroso. Esta ecuación, junto con las complejas ecuaciones constitutivas que caracterizan al suelo, resulta en un sistema de ecuaciones no lineales en derivadas parciales. En este trabajo, la ecuación de Richards se escribe en función del grado de saturación del suelo, y se resuelve por medio de un método explícito en diferencias finitas. El potencial matricial se obtiene como una función del grado de saturación y la convergencia de las soluciones numéricas se analiza por medio del procedimiento de von Neumann. Como resultado, se obtiene una expresión analítica para determinar si una simulación es estable con pasos temporales y espaciales dados. A partir de estos parámetros de simulación y las propiedades del suelo, se definen números adimensionales para generalizar el método propuesto.