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Balanço de água no solo e sua avaliação
através de sondas de nêutrons e tensiômetros Bibliografia recomendada
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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
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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)
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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)
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Armazenamento de água no solo
Z=L Z=0 Z=L x y z A = ha = q.z ha
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Armazenamento de água em um perfil heterogêneo
Z=L q1 q2 q3 q4 ha Dz Variação do Armazenamento - (DAL) DAL = AF-Ai
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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
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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
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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, ,3 = -53,1 mm
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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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
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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 = (-)
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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 ?
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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
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Outros componentes do balanço
Enxurrada (R) P x y R Va Precipitação pluvial (P) A Va
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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
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(= fluxo de drenagem)
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