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INFILTRAÇÃO E ÁGUA NO SOLO

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Hidrologia. INFILTRAÇÃO E ÁGUA NO SOLO. Benedito C. Silva. Água do solo x água subterrânea. Infiltração. Poros ocupados por ar e água (água do solo). Zona não saturada. Percolação. Poros ocupados por água (água subterrânea). Zona saturada. Camada impermeável. Água do solo x

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Presentation Transcript
gua do solo x gua subterr nea
Água do solo x água subterrânea

Infiltração

Poros ocupados por ar e água

(água do solo)

Zona não saturada

Percolação

Poros ocupados por água

(água subterrânea)

Zona saturada

Camada impermeável

slide3

Água do solo

x

água subterrânea

slide4
O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos e gasosos.

Na mistura também encontram-se muitos organismos vivos (bactérias, fungos, raízes, insetos, vermes)

Água no solo

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Parte sólida do solo

  • Normalmente analisada do ponto de vista do diâmetro das partículas que compõe o solo:
armazenamento de gua no solo
Armazenamento de água no solo

Porosidade

Capilaridade

Retenção de água no solo

Potencial mátrico

porosidade
Porosidade

Volume total do solo = volume de sólidos + volume de poros

Porosidade = volume de poros / volume total

slide11

Porosidade

Areia: 0,37 a 0,50

Argila: 0,43 a 0,52

armazenamento
Armazenamento

Conteúdo de água no solo em volume

Na situação em que todos os poros do solo estão ocupados pela água o solo é denominado saturado. Neste caso, o valor do conteúdo de água no solo é máximo, e q é igual a a. Portanto, o máximo conteúdo de água no solo é igual à porosidade.

solo seco
Solo seco
  • Na condição de solo completamente seco todos os poros estariam ocupados pelo ar, e o valor de q seria zero.
  • Entretanto, isto raramente acontece, porque a água é fortemente atraída pelas partículas e pelos poros dos solos.
      • Adsorção
      • capilaridade
medi o de cont udo de gua do solo
Medição de contéudo de água do solo

Método gravimétrico

TDR

Moderação de neutrons

medi o do conte do de umidade do solo
Medição do conteúdo de umidade do solo

No método gravimétrico de medição de conteúdo de água no solo uma amostra de solo é coletada e pesada na condição de umidade encontrada no campo.

A seguir esta amostra passa por um processo de secagem em um forno a 105 oC por 24 horas para que toda a umidade seja retirada e a amostra é pesada novamente.

A umidade do solo é calculada a partir da diferença de peso encontrada, conforme a equação

onde q é o conteúdo de água no solo em volume (adimensional);

Mu é a massa da amostra de solo úmido (Kg);

Ms é a massa da amostra do solo após a secagem no forno (Kg);

VT é o volume da amostra (m3);

r é a massa específica da água (kg.m-3).

medi o de umidade do solo
Medição de umidade do solo

O método TDR (Time Domain Reflectometry ou reflectometria no domínio do tempo) está baseado na relação entre a umidade do solo e a sua constante dielétrica.

Duas placas metálicas são inseridas no solo e é medido o tempo de transmissão de um pulso eletromagnético através do solo, entre o par de placas.

A vantagem deste método é que não é necessário destruir a amostra de solo para medir a sua umidade, e o monitoramento pode ser contínuo.

A desvantagem é que o método é indireto, e é preciso calibrar uma relação entre a resposta do aparelho de medição e a umidade do solo.

medi o da umidade do solo
Medição da umidade do solo

Moderação de neutrons

O método da moderação de nêutrons está baseado na emissão de nêutrons por uma fonte radioativa inserida no solo através de tubos de acesso.

Os nêutrons sofrem espalhamento pelos átomos de hidrogênio da água presente no solo, e alguns deles podem ser detectados por um detector também inserido no solo por um tubo de acesso.

Quanto maior a contagem de nêutrons no detector, maior é o conteúdo de água na proximidade do equipamento (Libardi, 2012).

reten o de gua no solo
Retenção de água no solo
  • Retenção de água no solo
      • Potencial mátrico
      • Capilaridade
      • adsorção
      • tensiometro
      • Capacidade de campo
      • Ponto de murcha
reten o de umidade no solo
Retenção de umidade no solo
  • O solo pode ser entendido de uma forma simplificada como uma esponja, ou papel de filtro, que tem capacidade de reter a água.
  • Há duas forças principais que atuam no sentido de reter a água nos poros dos solos:
      • as forças capilares
      • as forças de adsorção.
capilaridade
Capilaridade

Tubos capilares exercem sucção por causa da tensão superficial

Poros do solo podem exercer o mesmo efeito

Quanto menor o diâmetro dos poros, maior é o efeito

Granulometria mais fina = poros menores = mais capilaridade

  • As forças capilares ocorrem como consequência da tensão superficial da água interagindo com as paredes dos poros.
adsor o
Adsorção
  • As forças de adsorção estão relacionadas a cargas eletrostáticas atuando entre as partículas do solo e as moléculas de água, ou de íons presentes na água, e resultam na manutenção de um filme muito fino de água sobre as partículas do solo (Libardi, 2012).
tens o m trica
Tensão mátrica

As duas forças (capilar e adsorção) atuam no sentido de reter a água no solo e é praticamente impossível avaliar separadamente cada uma delas.

Assim, normalmente se refere à força de retenção de água no solo como a força mátrica, ou potencial mátrico de um solo (Libardi, 2012).

Tem unidades de pressão (N/m2)

medi o de tens o
Medição de tensão

Bulbo cerâmico

Tensiômetro

curva de reten o de umidade
Curva de retenção de umidade

Para uma amostra de solo o potencial mátrico normalmente varia com o conteúdo de água do solo, e esta relação é, normalmente, determinada de forma experimental (Reichert e Timm, 2012).

Solos mais secos apresentam um potencial mátrico maior (exercem maior sucção sobre a água) do que solos mais úmidos.

A função que relaciona as duas variáveis é a curva de retenção de umidade, ou curva de retenção de água no solo

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Umidade do solo

  • Umidade do solo varia ao longo do tempo.
  • Para retirar a umidade do solo:
    • Por gravidade
    • Por sucção

Hornberger et al., 1998 – Elements of physical hydrology

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Umidade do solo

  • Saturação: condição em que todos os poros estão ocupados por água
  • Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no solo sujeito à força da gravidade
  • Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qual as plantas não conseguem mais retirar água e morrem
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Condutividade de água em

condição de saturação

Movimento da água em meios porosos

experimento de darcy1
Experimento de Darcy

K = propriedade do material = condutividade hidráulica saturada

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Q = fluxo de água (m3/s)

A = área (m2)

H = carga (m)

L = distância (m)

K = condutividade hidráulica (m/s)

Fluxo da água em meios

porosos saturados

slide32

Condutividade de água em

condição de saturação

Solo arenoso: 23,5 cm/hora

Solo siltoso: 1,32 cm/hora

Solo argiloso: 0,06 cm/hora

movimento no meio n o saturado
Movimento no meio não saturado

saturado

não saturado

A equação de Darcy foi desenvolvida para fluxos de água em meios porosos saturados, e será retomada no capítulo sobre água subterrânea.

Nos solos, entretanto, a situação mais comum é que o meio não está saturado.

Neste caso, a condutividade hidráulica é uma função do conteúdo de água no solo.

Além disso, a carga hidráulica deve ser expressa como uma combinação do potencial gravitacional e potencial mátrico.

A equação de Darcy com estas adaptações é, por vezes, denominada equação de Darcy-Buckingham (Libardi, 2012).

movimento no meio n o saturado1
Movimento no meio não saturado

A condutividade hidráulica em condições não saturadas é menor do que a condutividade hidráulica saturada

infiltra o de gua no solo
Infiltração de água no solo

Uma chuva que atinge um solo inicialmente seco será inicialmente absorvida totalmente pelo solo, enquanto o solo apresenta muitos poros vazios (com ar).

Nesta condição, o potencial mátrico do solo é muito alto, e a água da chuva é absorvida muito rapidamente.

À medida que os poros vão sendo preenchidos, a infiltração tende a diminuir, estando limitada pela capacidade do solo de transferir a água para as camadas mais profundas.

taxa de infiltra o e capacidade de infiltra o
Taxa de infiltração e capacidade de infiltração

A taxa de infiltração é a quantidade de água que penetra no solo ao longo do tempo.

Normalmente a taxa de infiltração é expressa em unidades de mm.hora-1.

A máxima taxa de infiltração que um solo pode ter é definida como sua capacidade de infiltração.

A capacidade de infiltração varia ao longo do tempo.

capacidade de infiltra o
Capacidade de infiltração

A capacidade de infiltração de água no solo varia de acordo com a umidade do solo.

Em solos secos a capacidade de infiltração é, normalmente, bastante alta.

À medida em que o solo vai ficando úmido, no entanto, a capacidade de infiltração diminui.

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f = taxa de infiltração (mm/hora)

fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora)

fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)

t = tempo (minutos)

 = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições no campo (1/minuto)

Equação de Horton

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Exercício

Considere uma camada de solo de 1 m de profundidade cujo conteúdo de umidade é 35% na capacidade de campo e de 12% na condição de ponto de murcha permanente. Quantos dias a umidade do solo poderia sustentar a evapotranspiração constante de 7 mm por dia de uma determinada cultura?

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Exercício

Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltração na condição de saturação é de 4 mm.hora-1, está saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 mm.hora-1. Qual é o escoamento (litros por segundo) que está sendo gerado em uma área de 10m2 deste solo, considerando que está saturado?

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Exercício

Uma medição de infiltração utilizando o método dos anéis concêntricos apresentou o seguinte resultado. Utilize estes dados para estimar os parâmetros fc, fo e  da equação de Horton.