Avaliação das propriedades hidráulicas do solo por modelação inversa através dos dados obtidos pelo infiltrómetro de tensão e por métodos laboratoriais

Hydraulic properties estimated by numerical inversion of tension disc infiltrometer data and by laboratory methods

T.B. Ramos¹, M.C. Gonçalves¹, G. Jacinto², J.C. Martins¹ & F.P. Pires¹

 

RESUMO

A modelação inversa de dados da infiltração de água no solo, juntamente com os teores de água inicial (?i) e final do solo (?f), fornece uma estimativa da curva de retenção de água ? (h) e da curva da condutividade hidráulica no solo K(h), permitindo determinar os parâmetros que definem as propriedades hidráulicas. Relativamente a 3 locais do Alentejo, com solos de textura mediana e grosseira, comparam-se ?(h) e K(h) obtidas por modelação inversa a partir das leituras recolhidas no campo com testes de infiltração, com as determinadas por métodos laboratoriais. Os testes de infiltração foram realizados com infiltrómetros de tensão, com placas porosas de 20 cm de diâmetro, e a tensões de humidade de 0, 3, 6 e 15 cm, numa sequência descendente. Os parâmetros ?i e ?f foram determinadas por gravimetria. Os métodos laboratoriais utilizados foram as caixas de sucção, placas de pressão e evaporação, realizados em amostras de solo não perturbadas. O modelo hidráulico escolhido para representar ambas as curvas foi o de Mualem-van Genuchten (M-vG), tendo as curvas ?(h) e K(h) sido comparadas por regressão linear simples. As curvas ?(h) e respectivos parâmetros do modelo M-vG obtidos por modelação inversa mostram que os resultados são concordantes com os determinados pelos métodos laboratoriais, resultando em coeficientes de determinação (R²) superiores a 0.9798 e coeficientes de regressão (b) próximos da bissectriz. Já nas curvas K(h) observaram-se algumas diferenças entre os métodos, variando o R² entre 0,7772 e 0,9997 e o b entre 0,3865 e 3,6381.

 

ABSTRACT

Numerical inversion of cumulative infiltration data during transient water flow, complemented with initial (?i) and final water content data (?f) of the infiltration process, is a new tool to define soil water retention ? (h) and hydraulic conductivity K(h) curves and to estimate the unknown parameters in Mualem-Van Genuchten`s model (M-vG) of the unsaturated soil hydraulic properties. In 3 different soils in Alentejo, with coarse to medium texture, ?(h) e K(h) obtained from numerical inversion of tension infiltration data and from laboratory methods were compared. Field measurements were taken using a tension disc infiltrometer, with a diameter of 20 cm, with application of consecutive tensions of 0, 3, 6 and 15 cm, in a descendent sequence. ?i e ?f were determined by gravimetry. The laboratory methods used were suction tables with sand and kaolin, pressure plates and evaporation to measure hydraulic properties in undisturbed soil samples. ?(h) curves and respective parameters estimated by numerical inversion and from laboratory data reproduced closely, in such a way that determination coefficients (R²) were always above 0.9798 and regression coefficients (b) close to the bissectriz. K(h) curves showed more differences between both methods, with R² varying between 0.7772 and 0.9997 while b changed between 0.3865 and 3.6381.

 

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Arya, L. M.;. Farrel, D. A & Blake, G. R., 1975. A field study of soil water depletion patterns in presence of growing soybean roots. I. Determination of hydraulic properties of the soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 45: 1023-1030.

Bouma, J.; Belmans, C.; Dekker, L. W.& Jeurissen, W. J. M. 1983. Assessing the suitability of soils with macropores for subsurface liquid waste disposal. J. Environ. Qual., 12, 305-311.

Cameira, M. R.; Fernando, R. M. & Pereira, L. S., 2002. Soil macropore dynamics affected by tillage and irrigation for a silty loam alluvial soil in southern Portugal. Soil Till. Res. 70: 131-140.

Cardoso, J.C., 1974. A classificação de solos de Portugal. Boletim de Solos do S.R.O.A., 17:14-46. Lisboa.         [ Links ]

Durner, W.; Schultze, B. & Zurmühl, T., 1999. State-of-the-art in inverse modelling of inflow / outflow experiments. in van Genuchten, M. Th.; F. J. Leij, & L. Wu (eds.) Characterization and Measurement of the Hydraulic Properties of Unsaturated Porous Media, pp 661-681, University of California, Riverside, CA.

Guimarães, R. C. & Cabral, J. S., 1997. Estatística. Faculdade de Engenharia do Porto, McGraw-Hill, Porto.

ISSS-ISRIC-FAO, 1998. World Reference Base For Soil Resources. World Soil Resources Report 84. FAO, Rome, Italy.

Schwartz, R. C. & Evett, S. R., 2003. Conjuntive use of tension infiltrometry and Time Domain Reflectometry for inverse estimation of soil hydraulic properties. Vadose Zone J., 2: 530-538.

Silva, A. A.; Alvim, A. J. S. & Santos, M. J., 1975. Métodos de análise de solos, plantas e água. Pedologia, 10 (3).         [ Links ]

Šimunek, J. & van Genuchten, M. Th., 1996. Estimating unsaturated soil hydraulic properties from tension disc infiltrometer data by numerical inversion. Water Resour. Res., 32(9): 2683-2696.

Šimunek, J.; Angulo-Jaramillo, R.; Schaap, M. G.; Vandervaere, J.-P. & van Genuchten, M. Th., 1998a. Using an inverse method to estimate the hydraulic properties of crusted soils from tension disc infiltrometer data. Geoderma, 86(12): 61-81.

Šimunek, J.; Wang, D.; Shouse, P. J. & van Genuchten, M. Th., 1998b. Analysis of a field tension disc infiltrometer data by parameter estimation. Int. Agrophysics, 12: 167-180.

Šimunek, J.; Huang, K.; Sejna, M. & van Genuchten, M. Th., 1999a. The HYDRUS-2D Software Package for Simulating Two-Dimensional Movement of Water, Heat and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media. Version 2.0. IGWMC-TPS-53, Int. Ground Water Modeling Center, Colorado School of Mines, Golden, CO., pp 251.

Šimunek, J.; Wendroth, O. & van Genuchten, M. Th., 1999b. Estimating unsaturated soil hydraulic properties from laboratory tension disc infiltrometer experiments. Water Resour. Res., 35(10): 2965-2979.

Šimunek, J.; van Genuchten, M. Th. & Sejna, M., 2000. The DISC computer software for analyzing tension disc infiltrometer data by parameter estimation. Version 1.0, Research Report No. 145, U.S. Salinity Laboratory, USDA, ARS, Riverside, CA, pp 24.

Stakman, W. P., 1974. Measuring soil moisture. In: Drainage Principles and Aplications. Int. Inst. Ld. Reclam., 16(3): 221-251, Wageningen.

Stolte, J., 1997. Determination of the saturated hydraulic conductivity using the constant head method. In J. Stolte (ed.). Manual for soil physical measurements. Technical document 37, DLO Winand Staring Centre, Wageningen.

Ramos, T. B.; Gonçalves, M. C.; Martins, J. C.; Van Genuchten, M. Th. & Pires, F. P., 2006. Estimation of soil hydraulic properties from numerical inversion of tension disk infiltrometer data. Vadose Zone J. 5: 684-696.

Van Genuchten, M. Th., 1980. A closed form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 44: 892-898.

Van Genuchten, M. Th.; Leij, F. J. & Yates, S. R., 1991. The RETC code for quantifying the hydraulic functions of unsaturated soils. Environmental Protection Agency, United States.

Warrick, A. W., 1992. Model for disc infiltrometers. Water Resour. Res., 28(5): 1319-1327.

Wilson, G. V. & Luxmoore, R. J., 1988. Infiltration, macroporosity and mesoporosity distributions of two forested watersheds. Soil Sci. Soc. Am. J. 52: 329-335.

Wind, G. P., 1968. Capillary conductivity data estimated by a simple method. In: P. E. Rijtema & H. Wassink (eds.). Water in the unsaturaded zone. Procced. Wagningen. Symposium, IASH/AIHS – UNESCO, vol. I: 181 – 191.

 

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