Infiltração da Água no Solo - Conceitos, Importância e Processos Hidrológicos

INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO HIDROLOGIA I GRH 103 1 CONCEITO NO CONTEXTO HIDROLÓGICO 1 Passagem da água oriunda de chuva precipitação através da superfície do solo a Percolação e redistribuição de água no perfil do solo b Definição das características hidrológicas da bacia hidrográfica chuva escoamento infiltração média IMPORTÂNCIA HIDROLOGIA ESDEsubsuperficialEbase ES Reposição da água do solo e recarga de aquíferos Fonte Press et al 2006 Transporte de solutos no perfil do solo Água Gravitacional macroporos Água capilar microporos 2 Importância 1 Geração de escoamento superficial direto 2 Recarga de água subterrânea 3 Transporte de massa solutos diversos 4 Erosão e transporte de sedimentos solo fertilizantes e corretivos de forma geral 5 Evapotranspiração Transpiration Adsorbed water thin layer Capillary water Soil surface Empty pore space Critical zone Soil evaporation Root water uptake Vadose zone Saturated zone groundwater capillary fringe Stones Capillary fringe Water Table Adaptado e adequado de Resende 1985 Por Curi e Silva sd Toposequência Infiltrabilidade Bw Bt Bi Recarga Escoamento supsuperficial Interflúvio Zona de Descarga a Unweathered rock Time Welldeveloped soil Fonte Vereeken et al 2022 Porosidade Movimento de água vertical pra cima ET vertical pra baixo recarga Tamanho dos poros implicações para hidrologia macroporos influência da gravidade recarga 005 mm Mesoporos movimento de água para as raízes 0003 005 mm Microporos movimento de água restrito 00002 0003 mm Criptoporos sem movimento de água 00002 mm 21052025 Granular structure Block structure 21052025 Perfis Latossolo esquerda Cambissolo centro e Neosolo Litólico direita Pore scale µmmm Interaggregate pores Intraaggregate pores Pore water flow Hydrophobic surfaces Diffusion Capillary forces and molecular forces Molecular forces adhesion cohesion Clay minerals Sandsilt particles Bacterial cells Fungal hyphae Organic matter Fonte Vereeken et al 2022 Movimento de água no solo Deslocamento ocorre de uma posição no perfil com maior potencial total para outra com menor potencial redistribuição de água no perfil do solo Potencial total em solo não saturado potencial matricial potencial gravitacional Potencial total em solo saturado potencial de pressão potencial gravitacional Relação umidade do solo x potencial matricial curva característica log hw phw θ Solos argilosos Solos arenosos θs θfc θpwp 15 atm Drainable porosity 21052025 Hydrolimits Matric Potential atm Θ m3 m3 Monomolecular layer 2200 0003 0003 Adsorption layer 740 001 02 Permanent Wilting point 150 002 03 Limit for water availability 150 field capacity matric potential 004 035 Field capacity Varying according to the soils 001 040 Full water capacity 0 025 060 Fonte Novák and Hlaváciková 2019 Depende do solo Umidade do solo potencial mátrico poros Em que Q é a vazão QVt V volume Condutividade hidráulica saturada do solo q QA Exemplo L 15 cm H 5 cm A 100 cm2 Vol ml 200 Tempo s 60 Velocidade ou taxa de infiltração VI é a taxa de entrada de água no interior do solo sendo usualmente expressa em mmh Infiltrabilidade ou capacidade de infiltração CI é a taxa máxima de entrada de água no interior do solo num dado instante ou condição de umidade Taxa de aplicação TA é a intensidade de precipitação mmh Infiltração acumulada I lâmina total infiltrada em mm Conceitos Testes de Infiltração 7Equações de Infiltração de água no solo Tempo T CI LT1 CIbásica Tempo T Iacumulada L CI dIdt Velocidade de Infiltração x Capacidade de Infiltração tp 1 t 1 t 0 dt CT TA 2 A dt TA CI 1 A tg tg dt dCI o o 1799 180 CIB tp tempo de início do escoamento A1 A2 CI TA Equação de Kostiakov Equação de KostiakovLewis I K1tn1K2t CI K1n1tn11K2 nt K I 1 nt K n dt dI CI 0 n 1 Se t tende ao infinito CI tende a zero Se t tende ao infinito CI tende a K2 CIbásica A tabela abaixo apresenta os resultados de um teste de infiltração Previamente à realização do teste na calibração do simulador de chuvas foi coletado um volume de 9 litros de água em 2 minutos Sabendose que a área de coleta é de 12 x 12 m pedese 22 Tempo acumulado Volume Escoado acumulado L min 5 16 10 127 20 432 30 737 45 1225 60 1714 80 260 115 415 Equação de Phillip t K t A I 12 K CIB A sorptividade fator associado à capacidade de infiltração inicial Infiltrômetros de Guelph eou disco I A x t05 I mm T05 min05 Com base na equação de capacidade de infiltração abaixo CI em mmmin e t em minutos t 036 CI Para uma taxa de aplicação constante e igual a 40 mmh determine o tempo a partir do qual iniciase o escoamento Calcule a lâmina escoada após 45 minutos do início do teste A CIbásica CIB ou VIB CI t036 CI mmmin Tempo min TA 40 mmh 067 mmmin Ti Tp 45 CIbásica 8 Infiltração x escoamento superficial CI LT1 Tempo T CI LT1 Ip LT1 Escoamento superficial direto 9 INFILTRAÇÃO MÉDIA NA BACIA ÍNDICE Φ 1 Obtido da combinação hietograma hidrograma 2 Área acima do Índice Φ corresponde ao escoamento superficial direto área abaixo infiltração 3 Obtido por tentativas tendose o conhecimento do total precipitado e do escoamento superficial direto ambos em lâmina 4 Escoamento superficial direto precipitação efetiva enxurrada Índice LT1 Tempo T ESD L Q L3T1 IP LT1 Tempo T Precipitação efetiva LT1 Hietograma Hidrógrafa Intervalo de tempo h 01 12 23 34 IP mmh 3 20 8 4 O hietograma abaixo foi observado em uma bacia hidrográfica de 22 ha Sabendose que o escoamento superficial direto gerado por esta chuva na seção de controle foi de 3300m³ calcule a taxa de infiltração média na bacia para este evento Tempo min IP mm h1 0 30 6 30 60 15 60 90 11 90 120 5 120 150 14 Para o hietograma abaixo calcule o Índice Φ considerando a ocorrência de uma precipitação efetiva de 9 mm Para o hietograma abaixo calcule o Índice Φ considerando a seguinte equação de capacidade de infiltração de Kostiakov e t em minutos 74418 1 0 3852 mm h CI t CI Tempo min IP mm h1 0 30 20 30 60 45 60 90 35 90 120 15 120 150 8 Tempo min IP mmh 60 30 60 60 60 40 60 20 60 30 60 10 Com base na equação de capacidade de infiltração abaixo CI em mmh e t em minutos determine 21 t 1326 CI 0 351 a Para uma taxa de aplicação constante e igual a 30 mmh determine o tempo a partir do qual iniciase o escoamento b Calcule a CIB c Para o evento de precipitação abaixo determine o Índice ɸ Para a equação de capacidade de infiltração abaixo obtenha a capacidade de infiltração básica e o tempo quando esta passa a ocorrer I 974t062 t em minutos e I em mm Estime também a CIB Para a equação de capacidade de infiltração abaixo estime a para uma taxa de aplicação do de 40 mmh estime tp b Estime a lâmina escoada após 50 de início do teste CI 6702xt0436 9 t em minutos e CI em mmh Estime também a CIB Ajuste o modelo de Philip com base nos dados abaixo e determine a O tempo a partir do qual o ESD iniciase considerando uma taxa de aplicação de 40 mmh b Sabendo que o teste durou 20 minutos estime o ESD total Dados Ks 1386 mmh Tempo acumulado min P acumulada mm 15 5 30 12 45 20 60 30 75 42 90 52 105 60 120 69 135 75 150 83 Com base na equação de capacidade de infiltração abaixo CI em mmmin e t em minutos determine 20 t CI 0 36 a Para uma taxa de aplicação constante e igual a 40 mmh determine o tempo a partir do qual iniciase o escoamento b Calcule a lâmina escoada após 45 minutos do início do escoamento c Para o evento de precipitação abaixo determine o Índice ɸ