PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL HIDROLOGIA APLICADA

Transcrição

1 PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL HIDROLOGIA APLICADA Água no solo Prof: Felipe Corrêa

2 AGUA NO SOLO

3 RESERVAS DE ÁGUA DO PLANETA Toda água Oceanos Água Doce do todo Geleiras Superfície apenas 51,8% Lagos Água (0,333% do total) está Doce Lagos salinos Umidade do solo Subterrânea Superfície do todo De toda água doce superficial do mundo disponível, dos quais 70% são usados na irrigação. Atmosfera Aquíferos Rios e córregos Portanto, racionalizar o uso da água na agricultura, por meio da correta determinação da ET da cultura é imprescindível.

4 INDICADORES DE DISPONIBILIDADE PER-CAPITA ANUAL DE ÁGUA RENOVÁVEL Fonte: Christofidis (2006)

5 UTILIZAÇÃO DE ÁGUA NOS SETORES: DOMÉSTICO, INDUSTRIAL E PRODUÇÃO DE ALIMENTOS (LITROS/HAB/DIA) Fonte: Christofidis (2006)

6 CICLO HIDROLÓGICO Precipitação Transpir. Tr + E= ET. Percolação

7 POLARIDADE DA MÓLECULA DE ÁGUA (Lado negativo) o + (Lado positivo) A assimetria da molécula de água confere a bipolaridade

8 TENSÃO SUPERFICIAL 1. Observa-se na interface líquido-ar; 2. Atua na superfície do líquido/membrana elástica; 3. Importante no fenômeno da capilaridade. Ar Interface Água

9 Capilaridade e Água no Solo 1. Atração da água/superfícies sólidas (adesão/adsorção) e; 2. Tensão superficial da água (atração/ coesáo mol. água).

10 Mecanismo da Capilaridade Condições padrão: h 0,15 r = ângulo de contato característico; h = ascensão ou depressão capilar, cm; r = raio do capilar ou do poro, cm

11 ASCENSÃO CAPILAR IMPORTÂNCIA: Movimento de água no solo! Fluxo ascendente Fluxo descendente Conceito de energia da água Potencial total de água no solo

12 Energia da Água no Solo Movimento de substâncias: 1. Estado de maior energia para outro de menor energia. 2. Movimento de água: f(níveis de energia em diferentes pontos do solo); 3. Forças que atuam no movimento de água no solo: a) Forças de adsorção: moléculas de água/matriz potencial mátrico b) Forças de atração entre moléculas de água/íons potencial osmótico c) Força gravitacional potencial gravitacional

13 Potencial da água no solo Forças ascendentes = Forças descendentes Onde: T * 2πr * cos α = d * h * πr 2 * g T = tensão superficial; 2.π.r = circunferência do tubo capilar; cos α = componente ascendente da força capilar d = densidade da água h.π.r 2 = volume da água acima da superfície g = aceleração da gravidade p.52/apostila

14 Potencial total da água no solo (y) y t = y g + y os + y m +... Capilaridade Capilaridade

15 Potencial gravitacional (y g ) y g = g h Onde, g = aceleração da gravidade h = altura da ascensão da água no solo acima do nível de referência. SOLO SATURADO: drenagem livre da água devido y g

16 Nível de referencia Negativo Positivo Potencial de pressão (y p ) e matricial (y m ) (+) Y > agua em estado padráo 0 Y = nível de referencia = 0 y g (-) Y = solos salinos y os y m (-) Y = agua atraída pelos sólidos

17 NR y p y m (-) LF y p (+) p. 56/Apostila

18 Potencial osmótico (y os ) MP somente a água Solutos Moléculas de água MP a solutos e água MP somente a água Solução Solo úmido Água pura Solo úmido Água pura do solo Potencial osmótico Potencial de água no solo Hg Potencial mátrico Potencial de água no solo

19 Unidades dos níveis de Energia 1. Altura de uma coluna de água, cm (cmca) = h = y m em poro capilar (h=0.15/r), cm 2. P atm. nível do mar = 760 mm Hg = 1020 cm de água 3. 1 bar pressão atmosférica padrão 4. Energia/unidade de massa joules kg Energia/unidade de volume Newton m Pascal (Pa) = 1 Newton m -2

20 Unidades equivalentes do Y água no solo No Sistema Internacional (SI) a unidade kpa é equivalente a 0,01 bar.

21 Umidade e potencial de água no solo q x y Curva de retenção de água no solo (CRAS) Fatores: textura, estrutura, antrópicos Histerese

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23 Curva de retenção de água no solo (CRAS)

24 p. 60/Apostila

25 Medida do conteúdo de água no solo Volumétric o Va Vs 3 1m ma Gravimétrico 1kg ms 1. Método Gravimétrico 2. Blocos de Resistência Elétrica 3. Moderação de Nêutrons 4. Reflectometria de microondas (TDR)

26 1. Método Gravimétrico, g g -1 ou kg kg -1 Exemplo: 1 kg água 1 kg solo seco 100 g de solo úmido Estufa 105 o C 80 g de solo seco m u m s = m a, então = 20 g de água Então, 20 kg água 80 kg solo seco X kg água 1 kg solo seco X = 20/80 = 0,25 kg (água) kg -1 (solo seco)

27 2. Blocos de Resistência Elétrica -Gesso poroso, nylon, ou fibra de vidro incrustados com eletrodos; -Absorção de água em SU proporcional ao conteúdo de água presente no solo; -Resistência ao fluxo de elétrons diminui proporcional te ; - Estimativa rápida/baixo custo; - Irrigação/datalogger

28 3. Moderação de Nêutrons Sonda Tubo de acesso Duas fontes de neutrons: a) Rápidos Rh, Be, Am; b) Lentos Átomos menores (H + ) com os quais os rápidos colidiram, mudando de direção e perdendo energia.

29 4. Reflectometria de microondas (TDR) Pulso eletromagnético de energia enviado por barras paralelas de metal instaladas no solo; Constante dielétrica do solo Conversão em q

30 Medida dos Potenciais da Água no Solo Tensiômetros

31 Medida dos Potenciais da Água no Solo Tensiômetros

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36 Calcular o potencial total dos Tensiômetro (A): tensiômetros A e B y m (A) = (-12,6 * 20) y m (A) = cm H 2 O = = - 0,2052 atm ou ( ) 0,2052 * 101,325 = - 20,795 kpa. Tensiômetro (B): y m (B) = (-12,6 * 30) y m (B) = cm H 2 O = = - 0,3078 atm ou ( ) 0,3078 * 101,325 = - 31,192 kpa.

37 Medida dos Potenciais da Água no Solo Câmaras de pressão

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39 MODELOS PARA OBTENÇÃO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE UMIDADE DO SOLO q q r q s q y Modelo de Brooks & Corey (1964) r q q r q s q 1 * Y r n m Modelo de van Genucthen (1980) q r 15atm,, n, m: parâmetros gerados no programa SWRC.

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42 DISPONIBILIDADE DE ÁGUA NO SOLO

43 ÁGUA DISPONÍVEL q 2 q 1 q 3 Água se encontra q disponível no solo sat entre os limites de umidade definidos pelo ponto de murcha permanente (PM) e capacidade de campo (CC), intervalo conhecido como água disponível. q cc q pmp V a V s AD = q cc q pmp V a = q = cm 3 cm -3

44 ÁGUA DISPONÍVEL Capacidade de Campo (CC): Tensão da umidade do solo: 0,2 a 0,3 atm [Boletim 24 (FAO)]. Ponto de Murcha Permanente (PMP): Tensão da umidade do solo: 16 atm [Boletim 24 (FAO)].

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46 O SOLO COMO RESERVATÓRIO DE ÁGUA Cálculo da água armazenada no perfil do solo: n Onde: A L i 1 q i A L = água armazenada (cm); q i = umidade do solo (cm 3 cm -3 ). A L n q i 1 i * Z Onde: A L = água armazenada (mm).

47 A L n q i 1 i 0,101 0,132 0,154 0,263 0,300 0,358 0,399 0,186 0,201 2,316cm. 0,222 A L n q i 1 i * Z 2,316*10 Água Armazenada. 23,16mm de

48 Exemplo 2 Profundidade (Z cm) Densidade do Solo ( b g cm -3 ) Umidade Gravimétrica (u g g -1 - %) ,25 12,3 Umidade Volumétrica (q - cm 3 cm -3 - %) ,30 13, ,15 15, ,10 18, ,10 16, ,10 16, ,05 13, ,00 13,7

49 q e b Profundidad (Z cm) *u% Densidade do Solo ( b g cm - q 1,25*12,3 3 ) ( 0 15) q 1,10*18,60 Umidade (u g g -1 - %) ( 45 60) q 1,00*13,70 ( ) 15,375%. Umidade Gravimétrica (q - cm 3 cm -3 - %) ,25 12,3 15,375 20,46% ,30 13,2 17,160 13,70% ,15 15,2 17, ,10 18,6 17, QUAL 1,10 A LAMINA 16,3 20, ARMAZENADA 1,10 NA CAMADA 16,3 17, cm? ,05 13,7 14, ,00 13,7 13,700

50 1. Média da Ds das camadas entre 0-45cm: Ds média = (1,25+1,30+1,15)/3 = 1,23 g cm Média das U das camadas entre 0-45cm: U média = (12,3+13,2+15,2)/3 = 13,57 % 3. Média das q das camadas entre 0-45cm: q = Ds x U p/(0-45 cm) = 1,23.13,57 = 16,7% = 0,167 cm 3 cm -3 A água (0 45) Xq* Z 4. Cálculo da lâmina de água (A L ) armazenada: A L = 0,167 x (45-0) = 7,515 cm = 75,15 mm

51 PERFIL DIÁRIO DE UMIDADE Fonte: Santos (2004)

52 GRATO PELA ATENÇÃO Felipe Corrêa