Resumen El principal objetivo de este estudio fue analizar el flujo de agua por redistribución a través de los horizontes de perfiles de suelos volcánicos en la Zona No Saturada (ZNS), una vez que ha finalizado la infiltración de agua por lluvia. A partir de monolitos experimentales, se monitorearon los contenidos volumétricos de agua en perfiles a diferentes profundidades para entender la dinámica de flujo temporal a lo largo de un perfil. Se evaluaron en laboratorio las propiedades físicas e hidráulicas de los horizontes como: textura, granulometría, materia orgánica, densidad aparente, densidad real, porosidad, conductividad hidráulica y retención de humedad. Se encontró que las propiedades físicas e hidráulicas de los horizontes ayudan a explicar el comportamiento del agua en profundidad. Los aportes de agua por redistribución en profundidad, debido a flujo vertical, fueron encontrados mediante el análisis de los contenidos volumétricos de agua. Estos aportes se evidenciaron por los incrementos en los contenidos volumétricos durante el desarrollo del experimento. Se pudo observar cómo cambió el flujo por redistribución en los perfiles de un horizonte, al mostrar de esa forma la variación de las propiedades de los horizontes en profundidad. Una vez establecidos los flujos por redistribución de agua, se caracterizaron los tipos de flujos de agua que se dieron lugar en los perfiles de los monolitos para establecer cuál es la dinámica del frente de humedecimiento en profundidad y como avanza este durante el desarrollo del experimento. Los resultados mostraron que en los monolitos se presentan el flujo de pistón, el flujo preferencial y el flujo dual o combinado producto de la combinación de ambos.

Resumo O principal objetivo deste estudo foi analisar o fluxo de água por redistribuição através dos horizontes de perfis de solo vulcânico na zona não saturada, uma vez terminada a infiltração de água pela chuva. A partir de monólitos experimentais, os teores volumétricos de água em perfis em diferentes profundidades foram monitorados para entender a dinâmica temporal do fluxo ao longo de um perfil. As propriedades físicas e hidráulicas dos horizontes foram avaliadas em laboratório, tais como: textura, granulometria, matéria orgânica, densidade aparente, densidade real, porosidade, condutividade hidráulica e retenção de umidade. Constatou-se que as propriedades físicas e hidráulicas dos horizontes ajudam a explicar o comportamento da água em profundidade. As contribuições hídricas por redistribuição em profundidade, devido ao escoamento vertical, foram encontradas a partir da análise dos conteúdos volumétricos da água. Essas contribuições são evidenciadas pelos aumentos nos conteúdos volumétricos durante o desenvolvimento do experimento. A partir do estudo experimental foi possível observar como o fluxo varia por redistribuição nos perfis de um horizonte, mostrando assim a variação das propriedades dos horizontes em profundidade. Uma vez estabelecidos os fluxos por redistribuição de água, foram caracterizados os tipos de fluxo de água que se manifestaram nos perfis dos monólitos para estabelecer a dinâmica da frente de umedecimento em profundidade e como ela progride durante o desenvolvimento do experimento. Os resultados mostraram que nos monólitos estão presentes o fluxo em pistão, o fluxo preferencial e o produto de fluxo duplo ou combinado da combinação de ambos.

Abstract The main objective of this study was to analyze the flow of water by redistribution through the horizons of volcanic soil profiles in the unsaturated zone once the infiltration of rainwater has been completed. From experimental monoliths, volumetric water contents were monitored in profiles at different depths to understand the temporal flow dynamics along a profile. The physical and hydraulic properties of the horizons such as texture, granulometry, organic matter, bulk density, real density, were evaluated in the laboratory, porosity, hydraulic conductivity, and moisture retention. It was found that the physical and hydraulic properties of the horizons help to explain the behavior of the water in depth. Water contributions by depth redistribution, due to vertical flow, were found from the analysis of volumetric water contents. These contributions are evidenced by increases in volumetric contents during the development of the experiment. From the experimental study it was possible to observe how the flow by redistribution varies in the profiles of a horizon, thus showing the variation of the properties of the horizons in depth. Once water redistribution flows were established, the types of water flow manifested in the monolith profiles were characterized to establish what the dynamics of the deep wetting front are and how it advances during the development of the experiment. The results showed that in the monoliths the piston flow, the preference flow and the dual or combined flow product of the combination of both are presented.

Resumen Introducción. Debido a la alta tasa de degradación del suelo a nivel mundial, se requiere encontrar prácticas agrícolas que promuevan la conservación de suelos. Objetivo. Evaluar el balanceo estático de cargas de un tractor dedicado a la labranza, por medio de diferentes distribuciones de contrapesos en sus ejes, para mejorar las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas y la eficiencia de operación en un suelo vertisol. Materiales y métodos. Se plantearon 3 balanceos de cargas diferentes en los ejes delantero y trasero 40-60%, 30-70% y 50-50%; mediante la adición de contrapesos en el eje trasero del tractor. Se realizaron muestreos de campo a una profundidad de 15 cm en 3 etapas de muestreo (antes de mecanizar, inmediatamente y 2 meses después de mecanizar) en un vertisol con cultivo de pasto (Digitaria decumbens Stent). Se analizaron las variables de contenido de humedad del suelo, densidad aparente, límites plásticos, resistencia a la penetración del suelo, así como las necesidades hídricas del cultivo de acuerdo con los tratamientos. Además, se determinaron variables de operación y eficiencia, tales como profundidad de labranza, patinaje, consumo de combustible y fricción. Se analizaron las diferencias de las variables entre los tratamientos y entre etapas de muestreo con el fin de determinar el tratamiento con la menor afectación a las propiedades del suelo y mayor eficiencia de operación. Resultados. Se encontraron diferencias significativas entre los balanceos de carga por eje evaluados para todas las propiedades del suelo analizadas, excepto en el contenido de humedad. El balanceo 30-70% presentó los valores más bajos de consumo de combustible y de agua para el riego, patinaje, resistencia al corte y resistencia a la penetración. Conclusiones. El balanceo 30-70% se considera ideal para mecanizar bajo las condiciones estudiadas. No se recomienda mecanizar con el balanceo 50-50%, ya que la profundidad de labranza y los cambios en las propiedades del suelo fueron en detrimento de algunas propiedades del mismo.

Abstract Introduction. Due to the high worldwide rate of soil degradation, it is necessary to look for agricultural practices that promote soil conservation. Objective. To assess the tractor axle load balancing dedicated to tillage, through different counterweights distributions, to improve the physical, mechanical, and hydraulic properties of a vertisol and the efficiency of tillage operation. Materials and methods. Three different load balances were set on the front and rear axles, being 40-60%, 30-70% and 50-50%, by adding counterweights to the rear axle of the tractor. Field samples were taken at a depth of 15 cm in 3 sampling stages (before, immediately and 2 months after tillage), in a grass (Digitaria decumbens Stent) cultivated lot. Soil water content, bulk density, plastic limits, soil penetration resistance, as well as the water needs of the crop according to the treatments were analyzed. In addition, operation and efficiency variables were determined, such as tillage depth, slippage, fuel consumption, friction, and tractor power required. The differences of the variables between the treatments and sampling stages were analyzed to determine the treatment with the least impact to the soil properties and greater efficiency of operation. Results. Significant differences were found between balances in all the soil properties analyzed, except in the soil water content. The balance 30-70% presented the lowest values of fuel and water consumption for irrigation of the grass crop, wheel slippage, shear stress and penetration resistance. Conclusions. The balance treatment of 30-70% was considered as the best treatment under the studied conditions. Tillage with the treatment 50-50% was not recommended since tillage depth and soil property changes between sampling stages affected negatively to some soil properties.

Abstract The proximity of urban and extensive agricultural areas to the rivers of the Atlantic watershed in Costa Rica contrasts with its unstable morphology. Additionally, changes on the rain regime have increased the frequency of natural disasters affecting regularly the nearby populations and the economy of the country. Detailed studies demonstrating the impact of rivers in urban areas and high agricultural activity are necessary to establish adequate flood mitigation and control measures. The present study shows a case study of the impact of a 25-year flood event on the flood plain of the Matina River in Costa Rica, by means of a bi-dimensional hydraulic modelling with the aim to contribute to the adequate management of land use and the establishment of protection measures in the study vregion. A digital elevation model, of the topography of the study area, obtained with a LIDAR device, and the estimation of the instantaneous peak flow was obtained with the statistical Weibull distribution for a return period of 25 years, allowed to provide satisfactory information for the flood analysis of complex combinations for surface drainage management. Two scenarios for flood management were analyzed: 1) increasing the dike height, and 2) early opening of an additional mouth at the river outlet during the flood events. The study demonstrated that none of the options were technically feasible and that decision makers should explore other flood mitigation alternatives.

Resumen La proximidad de las áreas urbanas y de agricultura extensiva a los ríos de la vertientes del Atlántico en Costa Rica, contrasta con su morfología inestable. Adicionalmente, los cambios en el régimen de lluvias han incrementado la frecuencia de desastres naturales afectando regularmente a las población cercanas y la economía del país. Se necesitan estudios detallados que demuestren el impacto de los ríos en áreas urbanas y alta actividad agrícola para establecer medidas adecuadas de mitigación y control de inundaciones. El presente estudio muestra un caso del impacto de un evento de inundación de 25 años en la planicie de inundación del Río Matina en Costa Rica, mediante una modelación hidaúlica bidimensional con el objetivo de contribuir a un adecuado manejo del uso del suelo y establecer medidas de protección en la zona de estudio. Un modelo de elevación digital, de la topografía del área de estudio, obtenido con un dispositivo LIDAR, y la estimación del caudal pico instantáneo se obtuvo con la distribución estadística de Weibull para un periodo de retorno de 25 años, permitiendo brindar información satisfactoria para para el análisis de inundaciones de combinaciones complejas para la gestión del drenaje superficial. Se analizaron dos escenarios para el manejo de inundaciones: 1) aumento de la altura del dique y 2) apertura anticipada de una desembocadura adicional en la desembocadura del río durante los eventos de inundación. El estudio demostró que ninguna de las opciones era técnicamente factible y que los tomadores de decisiones deberían explorar otras alternativas de mitigación de inundaciones.

Resumen En la cuenca del río La Estrella la deforestación en las partes altas y bajas del río, han debilitado la capacidad de retención de material de la cuenca, aumentando la frecuencia y capacidad destructiva de las descargas extremas. Adicionalmente, el terremoto de Limón en el año 1991, provocó una alteración geológica especialmente en el Valle La Estrella, modificando la dinámica tradicional y estabilidad de su cauce. Específicamente, el sector de río objeto de este estudio presenta dos agravantes: un asentamiento y la única vía de acceso terrestre muy cerca del cauce, lo que significa mayor riesgo para el poblado y en consecuencia es necesario realizar obras de protección. Para esto, se han comparado los resultados de los modelos hidráulicos en 1D y 2D con el fin de evidenciar la importancia de la información y su análisis para la toma de decisiones en lo referente al diseño de obras en el río.

Abstract In the basin of La Estrella River, deforestation in the upper and lower parts of the river has weakened the capacity for material retention of the basin, increasing the frequency and destructive capacity of extreme discharges. Additionally, the Limon earthquake of 1991 caused geological disturbance, especially in La Estrella Valley, modifying the traditional dynamics and stability of its river channel. Specifically, one river section which is the object of this study shows two aggravating circumstances: a human settlement and the location of the only access road to that settlement very near the river channel, implying higher risk for the settlement and the need to implement protection works. We have therefore compared the results of hydraulic 1D and 2D models to demonstrate the importance of information and its analysis for making decisions about the design of these protection and mitigation works in the river.

Resumen En Costa Rica el caudal ambiental se calcula como un 10% del aforo caudal medio del río. Este porcentaje ha carecido de fundamento científico en relación con las condiciones fluviales aptas para preservar los ecosistemas presentes en los cauces. Las concesiones de agua para los diferentes usos han provocado un impacto en disponibilidad de agua para algunos lugares y épocas del año y en la calidad del recurso transformando las condiciones fisicoquímicas y ecológicas de los cauces. Del sistema fluvial del río Birrís, se concesiona un 20% para uso consuntivo como producción agrícola, humano y riego, y el restante se utiliza para la generación hidroeléctrica. Debido a la baja calidad de sus aguas a la fecha no existen especies indicadoras lo que imposibilita el uso de enfoques que tomen en cuenta los ecosistemas para generar curvas de preferencia. El presente trabajo utilizó un enfoque hidrológico para determinar el caudal ambiental del río Birrís usando la metodología de curva de duración de caudales. Se basó en el análisis de series de datos de clima obtenidas por 10 años y series de caudales diarios de un periodo de tres años. Se realizaron tres aforos de biota y flujo en tres puntos distribuidos a lo largo del cauce principal distribuidos en un periodo de un año. Finalmente, se determinó el caudal ambiental para un régimen de flujo basado en valores medios mensuales.

Abstract In Costa Rica, the environmental flow corresponds to 10% of the average river flow. This percentage has lacked of scientific basis in relation to the fluvial conditions suitable for preserving the ecosystems present in the river. Water concessions for the main uses (human, agricultural and hydroelectric) have caused environmental damages, transforming the physical and chemical conditions of the channels. Of the water flow of the Birrís River, 20% is granted for consumptive use as agricultural, human and irrigation production, and the rest is used for hydroelectric generation. Due to the low quality of its waters to date there are no indicator species that makes it impossible to use approaches that take into account ecosystems to generate preference curves. The present work used a hydrological approach to determine the environmental flow of the Birrís River using the flow duration curve methodology. It is based on the analysis of series of climate data obtained for 10 years and series of daily flows from a period of three years. Three outflows of biota and flow were made in three points distributed along the main channel distributed over a period of one year. Finally, the environmental flow was determined based on the flow regime of the average monthly values.

Resumen [16] Para el año 2050, se prevé que la población será un tercio mayor a la actual. Esto se convierte en un reto para la agricultura por aumentar su producción generando el menor impacto posible al ambiente. La labranza del suelo ha permitido aumentar áreas de siembra en detrimento de su capa arable, contribuyendo a degradar en forma progresiva la superficie del suelo y facilitando la erosión. La erosión por labranza se ve influida directamente por la compactación provocada por el paso de la maquinaria. Sistemas de tráfico agrícola controlado, agricultura de precisión y rodajes alternativos han sido utilizados para minimizar los efectos de los pases de los equipos sobre el campo. En Costa Rica, la adopción de nuevas tecnologías, la selección adecuada de equipos, el respeto a la legislación vigente e investigación sobre el impacto de la labranza en la degradación del suelo, constituyen un reto para las autoridades, los productores y la academia.

Abstract [20] It is expected that by the year 2050 population will increase one-third. This is a challenge to increase the agricultural production with the least possible impact to the environment. Soil tillage has led to increase agricultural areas at the expense of top soil, contributing to a progressively degradation of the soil surface generating soil erosion. Tillage erosion is influenced directly by the compaction caused by the passage of machinery. Controlled Traffic Farming systems (CTF), precision agriculture and alternative agricultural tires, have been used to minimize the effects of frequent-machinery-traffic. Implementation of new technologies, proper selection of agricultural equipment, compliance with current legislation and research on topics related to tillage erosion; constitute a challenge to authorities, farmers and academy in Costa Rica.

Resumen La creciente necesidad del recurso hídrico para los diferentes usos, tanto en la naturaleza como en las actividades del ser humano, ha estimulado un incremento en el estudio detallado de cada una de las fases del ciclo hidrológico. Costa Rica, un país con muchos ríos a lo largo de todo el territorio y situado en el trópico, tiene muchas precipitaciones durante el año, lo que provoca un aumento significativo del caudal en la mayoría de los ríos y, con ellos, desastres en infraestructura civil así como en áreas agrícolas. Específicamente, los desbordamientos del río La Estrella han ocasionado muchos daños, tanto a plantaciones cercanas como a las personas de los poblados de los alrededores. El propósito del siguiente trabajo fue determinar la capacidad hidráulica del río La Estrella para transportar sedimentos. Para esto se utilizó una metodología por etapas; entre ellas, varias giras al lugar de estudio para tomar muestras de sedimentos y realizar aforos en distintos puntos, todo esto con el fin de obtener los datos necesarios para procesar la información. Luego se realizaron trabajos de laboratorio y los cálculos respectivos para cuantificar la cantidad de sedimentos que son transportados en los distintos puntos de medición por medio de varias ecuaciones teóricas. Se obtuvieron los valores para la cantidad de sedimentos que el río La Estrella puede transportar bajo condiciones similares a las que presentaba en las giras realizadas.

Abstract The growing need of water resources for different uses, in nature and in human activities has stimulated and increased the detailed study of the stages of the water cycle. Costa Rica is a country with many rivers throughout its area, which is located in the tropics and where it rains significantly throughout the year. This means that most of the rivers raise their water flow significantly, causing loss or damage of civil infrastructure and problems in extensive agricultural areas. Specifically, La Estrella River overflows have caused serious damage, to nearby plantations and affected people from nearby villages. The objective of this study is to determine the hydraulic capacity of La Estrella River to transport sediment. To do this a stepwise methodology was used. This involved several trips to the study site in order to collect sediment samples and flow rate measurements at different locations of the river. The sediment samples were subsequently analyzed in the laboratory. Finally, sediment transport calculations were performed by means of various theoretical equations. The result, values of the amount of sediment that the river can transport under similar conditions to those founded in the field trips.