Balanço de água no solo e sua avaliação através de sondas de nêutrons e tensiômetros Bibliografia recomendada

Balanço de água no solo e sua avaliação através de sondas de nêutrons e tensiômetros Balanço hídrico: Contabilização das entradas e saídas de água em uma camada do solo (cultivado ou não) com objetivo de avaliar o comportamento hídrico (estático e dinâmico) do sistema. Importância: Básico para o manejo do solo e da água em sistemas agrícolas, visando a otimização da disponibilidade hídrica para as plantas e maximização da produtividade Algumas aplicações práticas na agricultura: Controle de irrigação: escolha do sistema, dimensionamento do sistema, quando e quanto irrigar Controle de sistemas de drenagem: escolha do sistema dimensionamento de canais Avaliação do efeito de técnicas de manejo do solo sobre a o comportamento e disponibilidade da água. Caracterização das plantas cultivadas quanto às exigências hídricas

Componentes do Balanço no sistema DA Z=0 Z=L Componentes do Balanço no sistema Entradas: (+) - Precipitação (P) - Irrigação (I) - Enxurrada - a montante da área (+R) - Ascensão capilar - fluxo ascendente (+Q) (+Q) P I (+R) T E (-R) (-Q) DAL = AF-Ai Saídas: (-) - Enxurrada - a jusante da área (-R) - Evaporação pelo solo (E) - Transpiração pela plantas (T) - *Evapotranspiração (ET) (determinada por diferença) - Drenagem - fluxo descendente (-Q)

Avaliação dos componentes do balanço no solo: DAL - variação do armazenamento de água no solo QL - fluxos de drenagem e ascensão capilar Parâmetros a serem avaliados (no solo) Umidade do solo - q  Sondas de nêutrons Potencial da água - y  Tensiômetros Avaliação dos outros componentes do balanço: P e I - pluviômetros, pluviógrafos R - coletores de enxurrada E e T ou ET - difícil medida direta (por diferença)

Armazenamento de água no solo Z=L Z=0 Z=L x y z A = ha = q.z ha

Armazenamento de água em um perfil heterogêneo Z=L q1 q2 q3 q4 ha Dz Variação do Armazenamento - (DAL) DAL = AF-Ai

Sonda de Nêutrons N (taxa de contagem de nêutrons lentos) tubo de acesso detetor de nêutrons lentos e preamplificador fonte de nêutrons rápidos blindagem sistema eletrônico de contagem nível do solo q (umidade do solo -cm3H2O/cm3solo) N (taxa de contagem de nêutrons lentos) CR q Contagem relativa de nêutrons lentos q = a+b.CR

Avaliação da umidade (q) e armazenamento (A) com a sonda de nêutrons Z=L A Z=0 Z=0 Z=L q1 q2 q3 q4

Exemplo de cálculo do armazenamento Calibração da sonda Z=0 Z=120 q1 q2 q3 q4 Z=30 Z=60 Z=90 Dz=300mm (30cm) Armazenamento inicial (t=0) Z=0 Z=120 q1 q2 q3 q4 Z=30 Z=60 Z=90 Dz=300mm (30cm) Armazenamento final (t=5dias) DA = Af-Ai = 370,2 - 423,3 = -53,1 mm

Fluxos de drenagem e ascensão capilar (+Q) (-Q) Z=0 Z=L Q = fluxo total de drenagem ou ascensão capilar no período t na profundidade L (volume/área) = (mm) q = densidade do fluxo na profundidade L (volume de água/área/tempo) = (mm/dia)

Avaliação da densidade de fluxo (q) Fluxo saturado  Equação de Darcy - (1856) Fluxo não saturado  Equação de Darcy-Buckingham- (1907) Parâmetros a serem determinados: Condutividade hidráulica do solo em L (Característica do solo que pode ser determinada no campo também com o auxílio da sonda de nêutrons) Gradiente de potencial hidráulico em L (Medido com o auxílio de tensiômetros)

Yg (gravitacional)  posição no solo Condutividade hidráulica do solo em L * Característica do solo previamente determinada (tema de outra aula) K(q ) = condutividade hidráulica do solo na umidade q K0= condutividade hidráulica do solo saturado q = umidade do solo no momento da avaliação de K q0= umidade do solo saturado Potencial da água no solo - Y Representa a diferença entre a energia livre da água no solo e a energia livre da água em uma situação de padrão (água livre em uma posição de referência) Yg (gravitacional)  posição no solo Ym (matricial)  tensiômetros Yo (osmótico)  membranas Yp (pressão)  lâminas d’água YT= Yg+ Ym+ Yo+ Yp

Medida do potencial da água no solo - Y Referência =Água livre na superfície do solo Yg= 0 (máximo potencial gravitacional) Ym= 0 (máximo potencial mátrico) Z=0 Z=L Água retida na matriz do solo na profundidade z=L Yg= - L (menor potencial gravitacional) Ym<0 (medido com auxílio de um tensiômetro)

ym (?) ym = -12,6.hHg+hc+hz h z Tensiômetro Hg H2O Cápsula porosa Nível do solo Profundidade de medida hHg hc h z ym (?) ym = -12,6.hHg+hc+hz

Expressão do Potencial da água no solo Gradiente de potencial Energia por unidade de massa =E/m =gh (erg/g) Energia por unidade de volume =E/v=rgh (d/cm2) Energia por unidade de peso =E/mg=h (cm) Gradiente de potencial

Gradiente de potencial hidráulico em L Z=0 Z=L O fluxo (q) tem sentido contrário ao do gradiente * No balanço: fluxo ascendente = entrada de água no sistema= (+) fluxo descendente=perda de água no sistema = (-)

Exemplo de cálculo do gradiente de potencial hHg=20cm hc=20 Z=90 Z=110 hHg=30cm Z=100 Questões: 1) qual é o sentido do fluxo? Drenagem ou ascensão capilar ? 2) qual a principal energia que comanda o fluxo: gravitacional ou matricial ?

Exemplo de cálculo da densidade de fluxo (q) hHg=20cm hc=20 Z=90 Z=110 hHg=30cm Z=100 q Para CR=0,5 q=0,32

Outros componentes do balanço Enxurrada (R) P x y R Va Precipitação pluvial (P) A Va

Condutividade hidráulica do solo(mm/dia) à 100cm: Exercício: Calcular o balanço hídrico na camada de 0-100cm para o período de 10 dias, compreendidos entre as duas datas indicadas abaixo, no qual foram registrados os seguintes dados: P=50mm; I=40mm; R=-5mm Condutividade hidráulica do solo(mm/dia) à 100cm: Data 1: q(0-20) =0,30 q(20-40) =0,35 q(40-60) =0,40 q(60-80) =0,40 q(80-100) =0,45 Y90=-200 Y110=-220 Data 2: q(0-20) =0,35 q(20-40) =0,40 q(40-60) =0,45 q(60-80) =0,45 q(80-100) =0,40 Y90=-250 Y110=-280 P=50mm; I=40mm; R=-5mm (10 dias) A1= Dz (0,30+0,35+0,40+0,40+0,45)= 380mm DA=30mm A2= Dz (0,35+0,40+0,45+0,45+0,40)= 410mm

(= fluxo de drenagem)