Curva de retenção de água - Water retention curve

Curva de retenção de água para uma areia (Ss), seja silte ou limo-argiloso (Uu), seja silte argiloso ou argila (Lu), e argila ou turfa (Tt).

A curva de retenção de água é a relação entre o conteúdo de água , θ, e o potencial da água no solo , ψ. Essa curva é característica de diferentes tipos de solo e também é chamada de característica de umidade do solo .

É usado para prever o armazenamento de água no solo, o abastecimento de água às plantas ( capacidade de campo ) e a estabilidade dos agregados do solo . Devido ao efeito histérico da água enchendo e drenando os poros, diferentes curvas de umedecimento e de secagem podem ser distinguidas.

As características gerais de uma curva de retenção de água podem ser vistas na figura, na qual o conteúdo volumétrico de água, θ, é representado graficamente em relação ao potencial matricial ,. Em potenciais próximos de zero, um solo está próximo da saturação e a água é retida no solo principalmente por forças capilares. À medida que θ diminui, a ligação da água se torna mais forte, e em pequenos potenciais (mais negativo, se aproximando do ponto de murcha ) a água é fortemente ligada no menor dos poros, nos pontos de contato entre os grãos e como filmes ligados por forças adsortivas em torno das partículas. ${\ displaystyle \ Psi _ {m}}$

Solos arenosos envolverão principalmente ligação capilar e, portanto, liberarão a maior parte da água em potenciais mais elevados, enquanto solos argilosos, com ligação adesiva e osmótica, liberarão água em potenciais mais baixos (mais negativos). Em qualquer potencial, os solos turfosos geralmente exibem teores de umidade muito mais elevados do que os solos argilosos, que deveriam reter mais água do que os solos arenosos. A capacidade de retenção de água de qualquer solo é devido à porosidade e à natureza da ligação no solo.

Modelos de curvas

A forma das curvas de retenção de água pode ser caracterizada por vários modelos, sendo um deles conhecido como modelo van Genuchten:

{\ displaystyle \ theta (\ psi) = \ theta _ {r} + {\ frac {\ theta _ {s} - \ theta _ {r}} {\ left [1 + (\ alpha | \ psi |) ^ {n} \ direita] ^ {1-1 / n}}}}

Onde

{\ displaystyle \ theta (\ psi)}

é a curva de retenção de água [L ³ L ⁻³ ];

{\ displaystyle | \ psi |}

é a pressão de sucção ([L] ou cm de água);

{\ displaystyle \ theta _ {s}}

conteúdo de água saturada [L ³ L ⁻³ ];

{\ displaystyle \ theta _ {r}}

teor de água residual [L ³ L ⁻³ ];

{\ displaystyle \ alpha}

está relacionado ao inverso da sucção de entrada de ar, ([L ⁻¹ ], ou cm ⁻¹ ); e,

{\ displaystyle \ alpha> 0}

{\ displaystyle n}

é uma medida da distribuição do tamanho dos poros, (adimensional).

{\ displaystyle n> 1}

Com base nesta parametrização, foi desenvolvido um modelo de predição para a forma da relação condutividade hidráulica não saturada - saturação - pressão.

História

Em 1907, Edgar Buckingham criou a primeira curva de retenção de água. Foi medido e feito para seis solos variando em textura de areia a argila. Os dados vieram de experimentos feitos em colunas de solo de 48 polegadas de altura, onde um nível de água constante mantido cerca de 2 polegadas acima do fundo por meio da adição periódica de água de um tubo lateral. As extremidades superiores foram fechadas para evitar a evaporação.

Método

Os parâmetros de van Genuchten ( e ) podem ser determinados por meio de testes de campo ou de laboratório. Um dos métodos é o método do perfil instantâneo, onde o teor de água (ou saturação efetiva ) é determinado para uma série de medições de pressão de sucção . Devido à não linearidade da equação, técnicas numéricas, como o método dos mínimos quadrados não lineares , podem ser usadas para resolver os parâmetros de van Genuchten. A precisão dos parâmetros estimados dependerá da qualidade do conjunto de dados adquirido ( e ). Quando as curvas de retenção de água são ajustadas com mínimos quadrados não lineares, pode ocorrer superestimação ou subestimação estrutural. Nestes casos, a representação das curvas de retenção de água pode ser melhorada em termos de precisão e incerteza aplicando a regressão do Processo Gaussiano aos resíduos obtidos após mínimos quadrados não lineares. Isso se deve principalmente à correlação entre os pontos de dados, que são contabilizados com a regressão do Processo Gaussiano por meio da função kernel. ${\ displaystyle \ alpha}$ ${\ displaystyle n}$ ${\ displaystyle \ theta}$ ${\ displaystyle Se}$ ${\ displaystyle \ psi}$ ${\ displaystyle \ theta}$ ${\ displaystyle \ psi}$

Veja também

Água do solo (retenção)

Referências

^ van Genuchten, M.Th. (1980). "Uma equação de forma fechada para prever a condutividade hidráulica de solos insaturados" (PDF) . Jornal da Sociedade de Ciências do Solo da América . 44 (5): 892–898. Bibcode : 1980SSASJ..44..892V . doi : 10.2136 / sssaj1980.03615995004400050002x . hdl : 10338.dmlcz / 141699 .
^ ^a ^b Buckingham, Edgar (1907), estudos no movimento da umidade do solo , Departamento de solos, Boletim, 38 , Washington, DC: Departamento de Agricultura dos EUA
^ Watson, KK. (1966). "Um método de perfil instantâneo para determinar a condutividade hidráulica de materiais porosos insaturados". Pesquisa de recursos hídricos . 2 (4): 709–715. Bibcode : 1966WRR ..... 2..709W . doi : 10.1029 / WR002i004p00709 .
^ Seki, K. (2007). "Ajuste SWRC - um programa de ajuste não linear com uma curva de retenção de água para solos com estrutura de poro unimodal e bimodal" (PDF) . Discussões sobre hidrologia e ciências do sistema terrestre . 4 : 407–437. doi : 10.5194 / hessd-4-407-2007 .
^ Chou, TK (2016). "Um aplicativo GUI gratuito para resolver os parâmetros de van Genuchten usando minimização de mínimos quadrados não lineares e ajuste de curva" (PDF) . www.cmcsjc.com . Janeiro: 1-5. Arquivado do original (PDF) em 04/03/2016. CS1 maint: parâmetro desencorajado ( link )
^ Yousef, B. (junho de 2019). Modelos Gaussianos de Regressão de Processos para Previsão de Curvas de Retenção de Água - Aplicação de Técnicas de Aprendizado de Máquina para Modelagem de Incerteza em Curvas Hidráulicas. Obtido do repositório da Delft University of Technology.

Brady, NC (1999). The Nature and Properties of Soils (12ª ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. pp. 183–9. ISBN 0-13-852444-0 .

links externos

Banco de dados do modelo UNSODA de propriedades hidráulicas do solo não saturado
SWRC Ajustar modelos hidráulicos do solo aos dados de retenção de água no solo

[1] van Genuchten, M.Th. (1980). "Uma equação de forma fechada para prever a condutividade hidráulica de solos insaturados" (PDF) . Jornal da Sociedade de Ciências do Solo da América . 44 (5): 892–898. Bibcode : 1980SSASJ..44..892V . doi : 10.2136 / sssaj1980.03615995004400050002x . hdl : 10338.dmlcz / 141699 .

[Buckingham-2] Buckingham, Edgar (1907), estudos no movimento da umidade do solo , Departamento de solos, Boletim, 38 , Washington, DC: Departamento de Agricultura dos EUA

[3] Watson, KK. (1966). "Um método de perfil instantâneo para determinar a condutividade hidráulica de materiais porosos insaturados". Pesquisa de recursos hídricos . 2 (4): 709–715. Bibcode : 1966WRR ..... 2..709W . doi : 10.1029 / WR002i004p00709 .

[4] Seki, K. (2007). "Ajuste SWRC - um programa de ajuste não linear com uma curva de retenção de água para solos com estrutura de poro unimodal e bimodal" (PDF) . Discussões sobre hidrologia e ciências do sistema terrestre . 4 : 407–437. doi : 10.5194 / hessd-4-407-2007 .

[5] Chou, TK (2016). "Um aplicativo GUI gratuito para resolver os parâmetros de van Genuchten usando minimização de mínimos quadrados não lineares e ajuste de curva" (PDF) . www.cmcsjc.com . Janeiro: 1-5. Arquivado do original (PDF) em 04/03/2016. CS1 maint: parâmetro desencorajado ( link )

[6] Yousef, B. (junho de 2019). Modelos Gaussianos de Regressão de Processos para Previsão de Curvas de Retenção de Água - Aplicação de Técnicas de Aprendizado de Máquina para Modelagem de Incerteza em Curvas Hidráulicas. Obtido do repositório da Delft University of Technology.

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