Água no solo -...
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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
HIDROLOGIA APLICADA
Prof: Felipe Corrêa
Água no solo
AGUA NO SOLO
Toda água
Oceanos
Água Doce
do todo
Água
Doce
Superfície
Umidade do
solo SubterrâneaAquíferos
Superfície
do todo
Geleiras
Lagos
Lagos salinos
Atmosfera
Rios e córregos
RESERVAS DE ÁGUA DO PLANETA
De toda água doce superficial do mundo
apenas 51,8% (0,333% do total) está
disponível, dos quais 70% são usados
na irrigação.
Portanto, racionalizar o uso da água na
agricultura, por meio da correta
determinação da ET da cultura é
imprescindível.
Fonte: Christofidis (2006)
INDICADORES DE
DISPONIBILIDADE PER-CAPITA
ANUAL DE ÁGUA RENOVÁVEL
UTILIZAÇÃO DE ÁGUA NOS SETORES:
DOMÉSTICO, INDUSTRIAL E PRODUÇÃO
DE ALIMENTOS (LITROS/HAB/DIA)
Fonte: Christofidis (2006)
Percolação
Precipitação
Transpir.
Tr + E=
ET.
CICLO HIDROLÓGICO
POLARIDADE DA MÓLECULA DE ÁGUA
105o+ (Lado positivo)-(Lado negativo)
A assimetria da molécula de água confere a bipolaridade
TENSÃO SUPERFICIAL
1. Observa-se na interface líquido-ar;
2. Atua na superfície do líquido/membrana elástica;
3. Importante no fenômeno da capilaridade.
Ar
Água
Interface
Capilaridade e Água no Solo
1. Atração da água/superfícies sólidas (adesão/adsorção) e;
2. Tensão superficial da água (atração/ coesáo mol. água).
Mecanismo da Capilaridade
= ângulo de contato característico;
h = ascensão ou depressão capilar, cm;
r = raio do capilar ou do poro, cm
rh
15,0
Condições padrão:
ASCENSÃO CAPILAR
IMPORTÂNCIA:
Movimento de água no solo!
Fluxo ascendente
Fluxo descendente
Conceito de energia da água
Potencial total de água no solo
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
Potencial da água no solo
Forças ascendentes = Forças descendentes
T * 2πr * cos α = d * h * πr2 * g
Onde:
T = tensão superficial;
2.π.r = circunferência do tubo capilar;
cos α = componente ascendente da força capilar
d = densidade da água
h.π.r2 = volume da água acima da superfície
g = aceleração da gravidade p.52/Apostila
Potencial total da água no solo (y)
yt = yg + yos + ym +
...
Capilaridade
Capilaridade
Potencial gravitacional (yg )
yg = 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 yg
Potencial de pressão (yp ) e matricial (ym )
0
Neg
ati
vo
Po
sit
ivo
(+)
(-)
Nív
el
de r
efe
ren
cia
(-)
ym
Y > agua em estado padráo
Y = nível de referencia = 0
Y = solos salinos
Y = agua atraída pelos sólidos
yg
yos
p. 56/Apostila
yp
ym
(+)
(-)
NR
LF
yp
MP a solutos
e águaMP somente
a águaMP somente
a água
Solutos Moléculas de água
Solo úmido Água pura Solo úmido Água puraSolução
do solo
Hg
Potencial osmótico
Potencial mátrico
Potencial de
água no soloPotencial de
água no solo
Potencial osmótico (yos )
Unidades dos níveis de Energia
1. Altura de uma coluna de água, cm (cmca) = h = ym em
poro capilar (h=0.15/r), cm
2. Patm. nível do mar = 760 mm Hg = 1020 cm de água
3. 1 bar pressão atmosférica padrão
4. Energia/unidade de massa → joules kg-1
5. Energia/unidade de volume → Newton m-2
6. 1 Pascal (Pa) = 1 Newton m-2
Unidades equivalentes do Y água no solo
No Sistema Internacional (SI) a unidade kPa é equivalente a 0,01 bar.
q x y
Umidade e potencial de água no solo
→ Curva de retenção de
água no solo (CRAS)
→ Fatores: textura, estrutura, antrópicos
→ Histerese
Curva de retenção de água no solo (CRAS)
p. 60/Apostila
Medida do conteúdo de água no solo
31mVs
VaoVolumétric kg
ms
macoGravimétri 1
1. Método Gravimétrico
2. Blocos de Resistência Elétrica
3. Moderação de Nêutrons
4. Reflectometria de microondas (TDR)
1. Método Gravimétrico, g g-1 ou kg kg-1
1 kg água – 1 kg solo seco
Exemplo:
100 g de solo úmido Estufa105oC
80 g de solo seco
mu – ms = ma, então 100-80 = 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)
kg kg-1
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 proporcionalte;
- Irrigação/datalogger
- Estimativa rápida/baixo custo;
3. Moderação de Nêutrons
Tubo de acessoSonda
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.
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
Medida dos Potenciais da Água no Solo
Tensiômetros
Tensiômetros
Medida dos Potenciais da Água no Solo
Calcular o potencial total dos tensiômetros A e B
· Tensiômetro (A):
ym (A) = (-12,6 * 20) + 10 + 30
ym (A) = - 212 cm H2O = - 212 1033 = - 0,2052 atmou (–) 0,2052 * 101,325 = - 20,795 kPa.
· Tensiômetro (B):
ym (B) = (-12,6 * 30) + 30 + 30
ym (B) = - 318 cm H2O = - 318 1033 = - 0,3078 atmou (–) 0,3078 * 101,325 = - 31,192 kPa.
Medida dos Potenciais da Água no Solo
Câmaras de pressão
MODELOS PARA OBTENÇÃO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE UMIDADE DO
SOLO
Modelo de Brooks & Corey (1964)
y
qqqq rs
r
mn
rsr
*1 Y
qqqq
Modelo de van Genucthen (1980)
qr 15atm
, , n, m: parâmetros gerados no programa SWRC.
DISPONIBILIDADE DE ÁGUA NO
SOLO
Água se encontra disponível no soloentre os limites de umidade definidospelo ponto de murcha permanente(PM) e capacidade de campo (CC),intervalo conhecido como águadisponível.
ÁGUA DISPONÍVEL
Vs
Va
Va = q = cm3 cm-3
q3
q2
q1
qsat
qcc
qpmp
AD = qcc – qpmp
Ponto de Murcha Permanente (PMP):Tensão da umidade do solo: 16 atm[Boletim 24 (FAO)].
ÁGUA DISPONÍVEL
Capacidade de Campo (CC):
Tensão da umidade do solo: 0,2 a 0,3 atm[Boletim 24 (FAO)].
O SOLO COMO RESERVATÓRIO DE ÁGUA
Cálculo da água armazenada no perfil do solo:
qn
1i
iLAOnde:
AL = água armazenada (cm);
qi = umidade do solo (cm3 cm-3).
Z*An
1i
iL q
Onde:
AL = água armazenada (mm).
.cm316,2399,0358,0300,0263,0
222,0201,0186,0154,0132,0101,0An
1i
iL
q
.ArmazenadaÁgua
demm16,2310*316,2Z*An
1i
iL q
Profundidade
(Z cm)
Densidade do
Solo
(b – g cm-3)
Umidade
Gravimétrica (u
– g g-1 - %)
Umidade
Volumétrica
(q - cm3 cm-3 -
%)
0 – 15 1,25 12,3
15 – 30 1,30 13,2
30 – 45 1,15 15,2
45 – 60 1,10 18,6
60 – 75 1,10 16,3
75 – 90 1,10 16,3
90 – 105 1,05 13,7
105 - 120 1,00 13,7
Exemplo 2
%u*bq
% .375,153,12*25,1)1 50( q
% .46,2060,18*10,1)6 04 5( q
% .70,1370,13*00,1)1 2 01 0 5( q
Profundidade
(Z cm)
Densidade do Solo
(b – g cm-
3)
Umidade
(u – g g-1 -%)
Umidade Gravimétrica
(q - cm3 cm-3 -%)
0 – 15 1,25 12,3 15,375
15 – 30 1,30 13,2 17,160
30 – 45 1,15 15,2 17,940
45 – 60 1,10 18,6 17,480
60 – 75 1,10 16,3 20,460
75 – 90 1,10 16,3 17,930
90 – 105 1,05 13,7 14,385
105 - 120 1,00 13,7 13,700
QUAL A LAMINA
ARMAZENADA NA CAMADA
0-45 cm?
1. Média da Ds das camadas entre 0-45cm:
Ds média = (1,25+1,30+1,15)/3 = 1,23 g cm-3
2. 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 cm3 cm-3
Z*XA )450(água q
4. Cálculo da lâmina de água (AL) armazenada:
AL = 0,167 x (45-0) = 7,515 cm = 75,15 mm
Fonte: Santos (2004)
PERFIL DIÁRIO DE UMIDADE
