SOLUÇÃO NUMÉRICA PARA O PROCESSO DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO

Several laboratorial tests were carried out with the objective to evaluate the statistical hypothesis of the equalities between observated and simulated values from a numerical model of the soil water infiltration process. This model was created Richards equation linearized in space and by Newton-Raphson iterative process to solve this unlinearized equation on time. The results showed that model was reliable to evaluate the one-dimensional soil water infiltration process for both homogeneous and heterogeneous porous media.Foram realizados vários ensaios laboratoriais para validar a hipótese de aderência entre os valores observados e simulados por um modelo numérico para o processo da infiltração da água no solo. Esse modelo foi desenvolvido a partir da linearização da equação de Richards no espaço e do uso da técnica iterativa de Newton-Raphson para resolver essa equação não linear no tempo. Os resultados mostraram que o modelo é capaz de simular o processo unidimensional da infiltração vertical da água no solo, tanto para solo homogêneo quanto estratificado

Theory of the water flow in unsaturated soils: new concepts and uses

A partir de duas funções matemáticas que expressam as dependências dos potenciais matricial e gravitacional (energia/peso) com a umidade e coordenada de posição vertical, são propostas novas equações para a quantificação e descrição do fluxo vertical da água em solos não saturados, em termos de novos conceitos de difusividades hidráulicas: matricial (Dm), gravitacional (Dz) e global (Dg). É proposto também um método de determinação da difusividade hidráulica global em função do conteúdo de água, em qualquer camada de um perfil de solo, desde que cada camada do perfil possa ser considerada hidraulicamente homogênea. O método de HILLEL et alii (Soil Sci., 114:395-400, 1972), foi utilizado para comprovar a validade da teoria proposta em dois solos distintos, um deles classificado como Terra Roxa Estruturada (Paleudalfóxico), localizado no campus de Piracicaba da Universidade de São Paulo (latitude 20°4230S; longitude 47°38000), e o outro, como Duna de Areia (provavelmente Quartzipsamment), localizado dentro do Instituto de Pesquisas de Dunas de Areia, Faculdade de Agricultura da Universidade de Tottori, Japão (latitude, 35°32 N; longitude 134°12 L). A teoria proposta e válida para meios porosos hidraulicamente homogêneos, podendo também, para propósitos práticos, ser aplicada em meios aproximadamente homogêneos do ponto de vista hidráulico. São analisados três critérios para identificação de meios porosos hidraulicamente homogêneos, e dos três: (a) morfológico, (b) através da função F (proposta no trabalho), e (c) da família de curvas características, o primeiro nem sempre conduz a resultados satisfatórios, o segundo é o mais apropriado, e o terceiro é de interesse prático, preferível ao primeiro, porém, menos preciso que o segundo.From two mathematical functions of matric and gravitational potentials as a function of soil-water content and soil depth, new equations are proposed to quantify and to describe the vertical water flux in unsaturated soil, in terms of new concepts of matric, gravitational and global diffusivities. A method to determine the global water diffusivity as a function of soil-water content in any soil layer of a soil profile, provided that the layer can be considered homogeneous from the hydraulic point of view, is also proposed. The HILLEL et alii (Soil Sci., 114: 395-400, 1972) procedure was utilized to confirm the validity of the proposed theory in two different soils, one classified as Oxic Paleudalf, located in the campus of the University of São Paulo, in Piracicaba, SP, Brazil (20°4230 S; 47°3800 W; 580 m above sea level) and the other as a Quartzipsamment, located in Japan, Research institute of Sand Dunes, College of Agriculture of the University of Tottori (35°32 N, 134°12 E). The proposed theory is valid to homogeneous porous media from the hydraulic point of view but, to practical purposes, it can also be applied to approximately homogeneous porous media from that point of view. Three criteria to identify homogeneous porous media from the hydraulic point of view are analyzed: (a) morphologic, (b) through the F function (proposed in the work), and (c) from the family of characteristic curves. The first one not always lead to satisfactory results; the second is the more appropriated one; and the third one is of practical interest, preferable to the first, but less precise than the second

Theory of the water flow in unsaturated soils: new concepts and uses

A partir de duas funções matemáticas que expressam as dependências dos potenciais matricial e gravitacional (energia/peso) com a umidade e coordenada de posição vertical, são propostas novas equações para a quantificação e descrição do fluxo vertical da água em solos não saturados, em termos de novos conceitos de difusividades hidráulicas: matricial (Dm), gravitacional (Dz) e global (Dg). É proposto também um método de determinação da difusividade hidráulica global em função do conteúdo de água, em qualquer camada de um perfil de solo, desde que cada camada do perfil possa ser considerada hidraulicamente homogênea. O método de HILLEL et alii (Soil Sci., 114:395-400, 1972), foi utilizado para comprovar a validade da teoria proposta em dois solos distintos, um deles classificado como Terra Roxa Estruturada (Paleudalfóxico), localizado no campus de Piracicaba da Universidade de São Paulo (latitude 20°4230S; longitude 47°38000), e o outro, como Duna de Areia (provavelmente Quartzipsamment), localizado dentro do Instituto de Pesquisas de Dunas de Areia, Faculdade de Agricultura da Universidade de Tottori, Japão (latitude, 35°32 N; longitude 134°12 L). A teoria proposta e válida para meios porosos hidraulicamente homogêneos, podendo também, para propósitos práticos, ser aplicada em meios aproximadamente homogêneos do ponto de vista hidráulico. São analisados três critérios para identificação de meios porosos hidraulicamente homogêneos, e dos três: (a) morfológico, (b) através da função F (proposta no trabalho), e (c) da família de curvas características, o primeiro nem sempre conduz a resultados satisfatórios, o segundo é o mais apropriado, e o terceiro é de interesse prático, preferível ao primeiro, porém, menos preciso que o segundo.From two mathematical functions of matric and gravitational potentials as a function of soil-water content and soil depth, new equations are proposed to quantify and to describe the vertical water flux in unsaturated soil, in terms of new concepts of matric, gravitational and global diffusivities. A method to determine the global water diffusivity as a function of soil-water content in any soil layer of a soil profile, provided that the layer can be considered homogeneous from the hydraulic point of view, is also proposed. The HILLEL et alii (Soil Sci., 114: 395-400, 1972) procedure was utilized to confirm the validity of the proposed theory in two different soils, one classified as Oxic Paleudalf, located in the campus of the University of São Paulo, in Piracicaba, SP, Brazil (20°4230 S; 47°3800 W; 580 m above sea level) and the other as a Quartzipsamment, located in Japan, Research institute of Sand Dunes, College of Agriculture of the University of Tottori (35°32 N, 134°12 E). The proposed theory is valid to homogeneous porous media from the hydraulic point of view but, to practical purposes, it can also be applied to approximately homogeneous porous media from that point of view. Three criteria to identify homogeneous porous media from the hydraulic point of view are analyzed: (a) morphologic, (b) through the F function (proposed in the work), and (c) from the family of characteristic curves. The first one not always lead to satisfactory results; the second is the more appropriated one; and the third one is of practical interest, preferable to the first, but less precise than the second

Modelagem numérica para o processo da evaporação da água do solo

Foram realizados vários ensaios laboratoriais para avaliar o desempenho de um modelo numérico em simular o processo unidimensional da evaporação da água do solo. Este modelo foi desenvolvido a partir da linearização da equação de Richards no espaço e do uso da técnica iterativa de Newton-Raphson, para resolver essa equação não-linear no tempo, e leva em conta o fluxo de vapor dentro do perfil de solo e a taxa de evaporação na sua superfície. Os resultados mostraram que o modelo foi capaz de simular satisfatoriamente o processo, tanto em meios porosos homogêneos quanto estratificado

Unit gradient of the hydraulic potential as a source of error in obtaining the hydraulic conductivity of an unsaturated soil

Com base na técnica do perfil instantâneo foi conduzido um experimento de redistribuição da água em colunas de solo homogêneo, visando avaliar a magnitude dos erros envolvidos na obtenção da condutividade hidráulica em função da umidade, quando se adota a aproximação do gradiente de potencial hidráulico unitário. Concluiu-se que dentro dos limites de umidade ocorridos no experimento, os erros na obtenção da condutividade hidráulica pela adoção do gradiente unitário foram crescentes com o decréscimo da umidade, chegando a subestimá-la em até 73%.Water redistribution within homogeneous soil columns was evaluated by the instantaneous profile method. This experiment was conducted to quantify the errors associated with measurements of the hydraulic conductivity as a function of soil water when the assumption of unit gradient of the hydraulic potential is adopted. Within the range of soil water contents of the experiment, the errors increased with a decrease in water contents. Unsaturated hydraulic conductivity was underestimated by as much as 73%