Condutividade hidráulica do solo e sua avaliação em condições de campo e em laboratório com o auxílio de técnicas nucleares Bases teóricas do processo.

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1 Condutividade hidráulica do solo e sua avaliação em condições de campo e em laboratório com o auxílio de técnicas nucleares Bases teóricas do processo de movimento da água no solo; Utilização de sondas de nêutrons e tensiômetros (campo) Utilização da atenuação de feixe de raios gama (laboratório)

2 Bibliografia recomendada Condutividade hidráulica do solo e sua avaliação em condições de campo e em laboratório com o auxílio de técnicas nucleares BACCHI, O.O.S.; REICHARDT, K. (1990). A sonda de nêutrons e seu uso na pesquisa agronômica. Boletim Didático –022, Piracicaba, CENA/USP, 84p. IAEA. (1990). Useof nucleartechniquesinstudiesofsoil-plantrelationships.Training Course SeriesNº 2.Vienna,Austria. KLUTE, A. (1986).Methodsofsoilanalysis -Part 1-Physical andmineralogicalmethods. Secondedition. SSSA, USA. KUTÍLEK, M. and NIELSEN, D.R. (1994).Soilhydrology.Catena-Verlag,Germany. LIBARDI, P.L. (1995). Dinâmica da água no solo. Departamento de Física e Meteorologia, ESALQ/USP (1 a Ed), 497p. REICHARDT, K. (1990). A água em sistemas agrícolas. EditoraManole Ltda.188p. REICHARDT, K. (1996). Dinâmica da matéria e da energia em Ecossistemas. Piracicaba, USP/ESALQ.Depto. Física e Meteorologia, 2a edição, 505p. BACCHI, O.O.S.; REICHARDT, K. (1993). On simple methods for unsaturated soil hydraulic conductivity determination. Sci. agric., Piracicaba, 50(2):326-328 SISSON, J.B.; FERGUSON, A.H.; Van GENUCHTEN, M.Th.; Simple method for predicting drainage from field plots. Soil Sci. Soc. Am. J., vol.44, 1980 Libardi, P.L. Reichardt, K., Nielsen, D.R., Biggar, J.W.(1980) Simple field methods for estimating soil hydraulic conductivity. Soil. Sci. Soc. Am. J., vol 44.

3 Condutividade Hidráulica k ( permeabilidade intrínseca do solo (cm 2 ) seção transv. útil para o fluxo = densidade da água do solo g = ac. Gravidade viscosidade da água do solo Difícil determinação prática (depende da estrutura, textura, umidade) 1) Fluxo saturado quação de Darcy - (1856) Va = volume coletado L = altura da amostra A = seção transversal da amostra H = carga hidráulica t = tempo Densidade de fluxo constante Força propulsora = diferença de energia potencial da água entre A e B distribuida ao longo de L L VaVa h Ref. B A

4 Diferença de pressão entre A e B ao longo de L Diferença de energia potencial gravitacional entre A e B ao longo de L Gradientes de potencial (pressão e gravitacional) na direção vertical Sinal negativo sentido do fluxo inverso do sentido do gradiente Fluxo do maior para o menor potencial Gradiente no sentido A B = Gradiente no sentido B A = Fluxo unidirecional (vertical)

5 2) Fluxo não saturado quação de Darcy-Buckingham- (1907) Condutividade dependente da umidade do solo 3) Equação de Darcy-Buckingham associada à eq. da continuidade Equação de Richards q e = (fluxo de entrada) q s = (fluxo de saida) Elemento de volume de solo (isotrópico) Fluxo unidirecional (vertical) = (umidade volumétrica do solo) z A variação do fluxo em profundidade, em um intervalo de tempo, corresponde à variação da umidade do elemento de volume nesse intervalo de tempo. No limite, para variações infinitesimais de z e t, temos: (equação da continuidade para a direção z)

6 Associando-se a equação de Darcy-Buckingham com a da continuidade, para fluxo unidirecional, tem-se: Equação de Richards 1) Sisson (1980) Métodos simplificados para avaliação de K( ) Para um certo valor de i (z) Avaliação de K( ) Estudo do processo de redistribuição da água no perfil após a saturação.

7 Interpretação: cada frente de umidade caminha no perfil com uma velocidade constante (z/t) numericamente igual a derivada de K em relação a no ponto z t t1t1 t2t2

8 Considerando-se a função K( ) uma exponencial, tem-se: 0 KoKo 0 o Conhecido o modelo da função K( ), seus parâmetros podem ser estimados através do conhecimento da variação da umidade do solo no tempo de redistribuição da água no perfil.

9 Exemplo: Determinar a equação K( ) na profundidade z=135cm onde foram observados os seguintes valores de ao longo do tempo de redistribuição da água no perfil Z=135cm

10 Velocidade de caminhamento das frentes de umidade No exemplo anterior temos: Qual é a velocidade de caminhamento da frente saturada?

11 2) Libardi, 1980 z t1t1 t2t2 toto A z) Para perfis paralelos Para perfis não paralelos (1) (2) Substituindo (2) em (1) Para um z fixo, tem-se:

12 Para a condição de gradiente unitário e K o ; a e z positivos Para tempo longo, tem-se: (comparar com o modelo de Sisson)

13 Método de Hillel (1972) z A 1 A 2 A 3 qzqz z t1t1 t2t2 O processo é repetido para vários intervalos de tempo diferentes valores de K e correspondentes valores de Função K( )

14 z ln t z Medidas necessárias: t) e (z) Sonda de nêutrons no campo Feixe gama em laboratório Tensiômetros t1t1 t2t2 t3t3

15 Avaliação de K( ) em colunas de solo em laboratório através da atenuação de feixe de raios gama: 1) Atenuação de um feixe colimado de raios gama pelo solo: (Lei de Lambert-Beer) x IoIo I I oo IoIo

16 Desprezando-se a atenuação pelo ar do solo, para um solo úmido tem-se: Como os coeficientes de atenuação ( dependem da energia da radiação incidente, utilizando-se duas fontes radioativas, 241 Am e 137 Cs, por exemplo, tem-se: Para solo seco: Determinação da densidade d s Conhecidos d s, p, w e X : Determinação de

17 2) Aplicação da técnica de atenuação gama na determinação de K( ) x IoIo IsIs Coluna solo saturado x IoIo I Coluna solo no processo de redistribuição (3) (2) (Sisson) x IoIo IwIw

18 Exemplo Z=10cm K o =0,1389cm/dia

19 Avaliação de K( ) no campo através de sonda de nêutrons e tensiômetros: 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 (umidade do solo -cm 3 H 2 O/cm 3 solo) CR Contagem relativa de nêutrons lentos a+b.CR

20 z z=0 Sisson e Libardi Hillel h Hg hchc h z- z h Hg hchc h z+ z

21 h Hg hchc h z