Spectral analysis of water content changes in an unsaturated soil layer
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hdl:2117/377551
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Document typeMaster thesis
Date2022-10-20
Rights accessOpen Access
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Abstract
Los deslizamientos superficiales localizados en la zona no saturada ocurren en su mayoría por la saturación parcial o total de la zona vadosa y la predicción de los cambios de contenido de agua en la zona vadosa es fundamental para la estimación de la amenaza asociada a este tipo de deslizamientos. Sin embargo, la simulación de los procesos acoplados termo-hidráulicos que tienen lugar en la zona vadosa bajo acciones climáticas requiere cálculos numéricos largos y computacionalmente costosos. Esta tesis busca utilizar un Modelo de Orden Reducido basado en el análisis espectral como una alternativa económica para la predicción de fluctuaciones del contenido de agua. Para ello se determinan dos Funciones de Transferencia del Suelo. La primera es estadística y se basa en correlaciones entre mediciones de contenido de agua en profundidad y en superficie del suelo. La segunda es determinista y se basa en una solución analítica de la ecuación de infiltración unidimensional bajo variaciones periódicas de contenido/presión de agua en la interfase suelo-atmósfera. Ambos enfoques se validan en un conjunto de datos monitoreados en un campo experimental. Los resultados muestran que la estimación del contenido de agua mediante la función de transferencia determinista alcanza una mayor precisión siempre que un procedimiento de back-análisis de los valores característicos de la ecuación (longitud de la columna, coeficiente de difusión) se realiza en un subconjunto de los datos monitorizados. Shallow landslides seated in the unsaturated zone are mostly triggered by soil partial of total saturation and the prediction of the changes of water content in the vadose zone is fundamental for the estimation of landslide hazard. However, the simulation of the full coupled thermo-hydraulic processes taking place in the vadose zone under climatic actions require long and computationally costly numerical computations. This thesis seeks to use a Reduced order Model based on the spectral analysis as a cheap alternative for the prediction water content fluctuations. To this aim, two Soil Transfer Function are determined. The first one bis statistical and based on correlations between water content measurement at depth and at soil surface. The second is deterministic and based on an analytical solution of the one-dimensional infiltration equation under period water content/pressure variations at soil- atmosphere interface. Both approaches are validated on a set of monitored data obtained in an experimental field. Results shown that the estimation of water content using a deterministic soil transfer reached higher accuracy provided that the procedure is trained on a sub-set of measurements in order to determine characteristics values for the equation control parameters (length of the column, diffusion coefficient).
DegreeMÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA DEL TERRENY (Pla 2015)
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