Irrigacao e Drenagem - Retencao e Movimento de Agua no Solo e Infiltracao

1 As apresentações disponibilizadas não são suficientes para a consolidação do conhecimento e aproveitamento nas avaliações É indispensável o estudo e a pesquisa nas literaturas livros recomendadas bem como a revisão de conteúdos de disciplinas anteriores O custo vem antes do benefício Material didático preparado para a disciplina GCCA 039 Irrigação e Drenagem RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO Vital Pedro da Silva Paz vitalpazufrbedubr 2 O conteúdo apresentado segue as fundamentações e descrições disponíveis nas literaturas recomendadas devendo ser consultadas pelos discentes para a consolidação da compreensão e do aprendizado Importante destacar que a presente exposição não exclui a necessidade de revisão estudo eou pesquisa na literatura de forma a complementar as discussões as dúvidas e os questionamentos dos interessados O material preparado se constitui em uma compilação cuidadosa para o melhor entendimento Tratase de temas com vasta e acessível disponibilidade de material bibliográfico e de pesquisa para estudo e compreensão inclusive conteúdo de disciplina que antecede GCCA 039 Infiltração de água no solo é tema de fundamental importância para entendimento da dinâmica das técnicas e sistemas de reposição de água ao solo e abriga conceitos já desenvolvidos em conteúdos de módulos e disciplinas anteriores Material didático preparado para a disciplina GCCA 039 Irrigação e Drenagem RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO O custo vem antes do benefício Vital Pedro da Silva Paz vitalpazufrbedubr 3 Material didático preparado para a disciplina GCCA 039 Irrigação e Drenagem O custo vem antes do benefício O presente material foi preparado a partir da consulta de publicações de vários autores livros artigos apontamentos e notas bem como informações disponíveis e de acesso digital livre As figuras e ilustrações não representam qualquer interesse preferência ou recomendação comercial Foram usadas para melhor entendimento e compreensão pelos interessados sem qualquer distinção de marca e fabricante de produto ou equipamento Uma vez verificada alguma manifestação do fabricante figuras ou ilustrações serão imediatamente substituídas O propósito do material é exclusivamente atender ao ofício acadêmico e pedagógico para formação de recursos humanos qualificados para a agricultura irrigada com maior responsabilidade e princípios de respeitos aos recursos naturais RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO Vital Pedro da Silva Paz vitalpazufrbedubr ALBUQUERQUE P E P DURÃES F O M Uso e manejo de irrigação Embrapa BrasíliaDF 2ª ed 2013 528p CICLO HIDROLÓGICO na agricultura Retenção e movimento de água no solo 4 A água no solo está submetida a diferentes formas de energia Na físico clássica são conhecidas duas formas principais de energia cinética e potencial Energia cinética Em uma escala macroscópica a energia cinética da água no solo pode ser desprezível uma vez que a velocidade é muito pequena e essa forma de energia é proporcional ao quadro da velocidade ESTADO DA ENERGIA OU POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO Energia potencial Quanto à energia potencial devida à posição ou condição interna essa é determinante do estado energético e do movimento da água no solo Energia potencial da água função da posição e da condição interna da água no ponto em consideração Retenção e movimento de água no solo 5 A lei geral da natureza é a de que os corpos ocuparem um estado mínimo de energia Quanto menor a energia do corpo maior a sua estabilidade Daí a procura espontânea por estados mais estáveis Portanto a água tende a fluir do ponto de potencial Ψ mais elevado para outro mais baixo na tendência de atingir equilíbrio Ψ 0 ESTADO DA ENERGIA OU POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO À energia da água livre ou da água em um solo cujos poros estão completamente ocupados pela água solo saturado é atribuído arbitrariamente o valor zero sendo este considerado o estado padrão Ao retirar água de um solo é dispendida energia de tal forma que a água que resta fica com energia menor que aquela do estado padrão e portanto negativa A água do solo da planta e da atmosfera assim como qualquer corpo na natureza pode ser caracterizada por um estado de energia Retenção e movimento de água no solo 6 Depois da umidade o estado de energia da água e provavelmente a mais importante característica do solo Energia em termos bem simples é a capacidade de produzir trabalho Formas principais de energia cinética e potencial Energia cinética no solo e na planta é relativamente pequena e por isso sua energia cinética é geralmente desconsiderada Energia potencial função da posição e da condição interna da água no ponto em consideração Ao considerarmos a energia devemos ter em mente que todas as substâncias incluindo a água tendem à se mover ou mudar de um estado de maior energia para um de menor Portanto se conhecermos os níveis de energia em diferentes pontos no solo podese prever a direção do movimento São as diferenças nos níveis de energia entre locais vizinhos que influenciam o movimento da água ESTADO DA ENERGIA OU POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo 7 O potencial de água no solo estado da energia pode ser definido da seguinte forma representa o trabalho realizado quando a unidade de massa volume ou peso de água em estado padrão é levada isotérmica isobárica e reversivelmente para o estado no solo REICHART 1996 A água no solo está sujeita a diversos campos de forças resultantes da atração do solo pela água Ψm da presença de campo gravitacional Ψg da carga hidrostática Ψp da presença de solutos Ψos e outros ex temperatura Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Potencial total ESTADO DA ENERGIA OU POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo 8 Energia por unidade de volume erg cm3 J m3 estas unidades têm dimensão de pressão Unidades mais utilizadas bar atm Mpa Energia por unidade de peso erg g1 J g1 estas unidades têm dimensão de altura de coluna de um determinado líquido Unidades mais utilizadas cm H2O mca Energia Volume FL L3 F L2 Força Unidade de área Pressão Energia Peso FL F L altura de coluna de líquido Unidades de potencial Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 ESTADO DA ENERGIA OU POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Potencial total 9 Ψg Z Está sempre presente é a própria energia potencial do campo gravitacional É medido a partir de um referencial de posição ou superfície do solo É a energia potencial associada ao campo gravitacional A água possui uma energia potencial gravitacional que depende da posição na qual ela se encontra em relação a um dado plano referencial A componente gravitacional que tem valor zero no plano de referência é positiva acima dele e negativa abaixo dele Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos ALBUQUERQUE P E P DURÃES F O M Uso e manejo de irrigação Embrapa BrasíliaDF 2ª ed 2013 528p Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL GRAVITACIONAL Ψg 10 Ψp H A componente de pressão é medida em relação a uma condição padrão tomada como sendo a da água submetida à pressão atmosférica e nessas condições assumese Ψp 0 Nesta componente considerase somente pressões manométrica positivas isso é acima da pressão atmosférica Solo Saturado Água A B C Como o solo é um material poroso e como ilustrado ao lado todos os poros estão cheios de água solo saturado a pressão hidrostática se propaga pelos poros ficando os pontos no solo submetidos a uma carga hidráulica H Ocorre apenas quando a pressão que atua sobre a água é diferente da pressão atmosférica Po Corresponde a uma pressão hidrostática É importante no caso de solos saturados Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL DE PRESSÃO ΨP Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 11 Ψp H A componente de pressão é medida em relação a uma condição padrão tomada como sendo a da água submetida à pressão atmosférica e nessas condições assumese Ψp 0 Nesta componente considerase somente pressões manométrica positivas isso é acima da pressão atmosférica Solo Saturado Água A B C Aplicação Em uma cultura de arroz inundado a lâmina de água acima da superfície é de 15 cm Qual o potencial de pressão em um ponto do solo 20 cm abaixo da superfície Nesse mesmo ponto qual o potencial gravitacional Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL DE PRESSÃO ΨP Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 12 Resultado de forças capilares e de adsorção que surgem devido à interação entre a água e as partículas sólidas matriz do solo conferem a água estados de energia menores que o estado da água livre à pressão atmosfera estado padrão ZERO O componente matricial ou tensão será negativo pois o estado de energia da água no solo é menor que o estado de energia no estado padrão equilíbrio Ψ 0 O potencial matricial de um solo é função da sua umidade θ Para um solo saturado não existem interfases e a adsorção é nula e portanto a componente é nula Ψ 0 A componente matricial não é constante depende da umidade e com isso tem forte relação com a distribuição de umidade no perfil do solo que varia de acordo com o arranjo poroso O potencial matricial se refere ao estado de energia da água revido à sua interação com as partículas sólidas do solo também chamadas de matrizes do solo httpswwwsuportesoloscombrbloganaturezados solostexturagranulometriaeformadasparticulas66 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 13 httpswwwsuportesoloscombrbloganaturezados solostexturagranulometriaeformadasparticulas66 Forças envolvidas na retenção de água do solo Adesão Coesão Adsorção Tensão superficial Capilaridade BUENO BS Mecânica dos solos São Carlos Departamento de Geotecnia EESCUSP v 1 132 p 1979 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 14 Ciclo de umedecimento e secagem do solo Partícula do solo Água higroscópica Água higroscópica Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 15 Material para consulta httpsainfocnptiaembrapabrdigitalbitstream item760161cirtec01pdf httpswwwcptcombrdicascursos cpttensiometrooqueeeparaqueservee comooperalo httpstecnologianocampocombrtensiometro Tensiômetro Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 16 h1 h2 h Água Tubo PCV Cápsula porosa Hg Superfície do solo O tensiômetro com uso de mercúrio como líquido diferencial é utilizado excepcionalmente em pesquisas com os cuidados e exigências estabelecidas devido aos riscos de contaminação O uso em campo não é permitido A apresentação tem o propósito de melhor entendimento do processo de medição do potencial matricial estado de energia da água revido à sua interação com as partículas sólidas do solo Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 17 h altura de mercúrio acima da cuba cm h1 diferença entre o nível da cuba e a superfície do solo cm h2 profundidade de instalação do tensiômetro cm h1 h2 h Água Tubo PCV Cápsula porosa Hg Superfície do solo Ψm 126h h1 h2 cm H2O Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos O tensiômetro com uso de mercúrio como líquido diferencial é utilizado excepcionalmente em pesquisas com os cuidados e exigências estabelecidas devido aos riscos de contaminação O uso em campo não é permitido A apresentação tem o propósito de melhor entendimento do processo de medição do potencial matricial estado de energia da água revido à sua interação com as partículas sólidas do solo 18 Aplicação Um agricultor está utilizando tensiômetro para manejar as irrigações numa profundidade de 40 cm A instalação do equipamento como indicado na figura ao lado mantem a cuba de mercúrio 15 cm acima da superfície do solo e a coluna do líquido Hg medindo 35 cm de altura Qual o potencial matricial no solo na profundidade de interesse Ψm 126h h1 h2 cm H2O Ψm 126 x 350 150 400 Ψm 3860 cmH2O 386 kPa 0386 atm Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 19 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos FONTE Aqua4D powered by Planet Horizons Technologies SA 20 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 21 Ψm Leitura h1 h2 Aplicação Um agricultor está utilizando tensiômetro para manejar as irrigações numa profundidade de 30 cm com o leitor de tensão à 15 cm da superfície do solo cujo valor corresponde a 425 Kpa Qual o potencial matricial no solo na profundidade de interesse Ψm Leitura h1 h2 Ψm 425 15 30 Ψm 380 Kpa 038 atm Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 22 A relação entre Ψm e θ é uma característica física do solo denominada de Curva Característica da Água no Solo ou curva de retenção O potencial matricial de um solo é função da sua umidade θ Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos 23 Para um solo saturado não existem meniscos interface águaar e a adsorção é nula Ψm 0 Quanto menor θ mais negativo Ψm Solos úmidos θ a capilaridade é o principal fenômeno que determina Ψm Solos secos θ a adsorção é o fenômeno que determina Ψm Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo POTENCIAL MATRICIAL Ψ𝒎 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Curva Característica da Água no Solo Curva de retenção 24 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos POTENCIAL MATRICIAL Ψm x DISPONIBILIDADE DE ÁGUA Potencial mátrico x disponibilidade de água x aplicação de água Limite Inferior Limite Crítico Limite Superior R E S E R V A T Ó R I O Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 httpsyoutubePBfgEFNr69MsibkJM7mx99lsq3swJ Vídeo uso de tensiômetro Retenção e movimento de água no solo 25 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Potencial Matricial Kpa Umidade do Solo cm3cm3 PM CC CC PM Limite Inferior Limite Crítico Limite Superior R E S E R V A T Ó R I O Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Retenção e movimento de água no solo 26 Potencial mátrico x disponibilidade de água x aplicação de água Potencial Matricial Umidade do Solo Θ PM θ CC Ψ CC ΨPM 𝜣 Crítico Ψ Crít Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Retenção e movimento de água no solo 27 Limite Inferior Limite Crítico Limite Superior R E S E R V A T Ó R I O Potencial Matricial Kpa Umidade do Solo cm3cm3 PM CC CC PM Potencial matricial Capacidade de campo Limite superior 01 a 033 atm 10 kPa a 330 kPa Ponto de murcha permanente Limite inferior 15 atm 1500 kPa Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Retenção e movimento de água no solo 28 A curva de retenção curva característica de água no solo é uma propriedade física do solo obtida a partir da relação entre o potencial mátrico da água no solo Ψm e a umidade volumétrica do solo 𝛉 A determinação da curva de retenção ou curva característica de água do solo é de suma importância na área de irrigação e nos estudos de movimento de água no solo pois fornece o teor de água do solo 𝛉 em diferentes tensões Ψm e viceversa Assim propicia condições necessárias para a determinação do teor de água disponível no solo do teor de água atual e de outras variáveis básicos à execução do manejo adequado da água de irrigação Determinação da curva de retenção httpswwwembrapabrbuscadepublicacoespublicacao56415determinacaodacurvaderetencaodeaguanosoloemlaboratorio Como o próprio nome indica é típica de cada solo É uma importante propriedade de solo relacionada à distribuição de tamanho de poros a qual é intensamente afetada pela textura pela estrutura e por outros fatores como o teor de matéria orgânica CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Retenção e movimento de água no solo 29 Uma das maneiras para se determinar a curva de retenção de água no solo é utilizandose a câmara de pressão de Richards que simula uma tensão Ψm determinada na amostra de solo e posteriormente por diferença de peso determinase o conteúdo de água 𝝷 correspondente à tensão aplicada Determinação da Curva de Retenção Limitações alto valor de aquisição complexo sistema pneumático placas porosas são frágeis contato ideal entre a amostra de solo e a placa demora nas determinações lento equilíbrio do potencial da água na amostra dificuldade no controle do ponto de equilíbrio entre a pressão aplicada e a água retida no solo A extração da água ocorre por diferença de potencial entre a placa porosa e amostra de solo Câmara de pressão hermeticamente fechada A placa porosa interna permite o fluxo de água e não do ar por vazios muitos pequenos CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo Determinação da curva de retenção httpswwwembrapabrbuscadepublicacoespublicacao56415determinacaodacurvaderetencaodeaguanosoloemlaboratorio 30 É notória a importância da adoção da curva característica retenção de água do solo que possibilita a definição da CAD mmH2Om e expressa com mais segurança o potencial de reservação de água no solo para as plantas Isso resulta em melhor manejo e conservação da água e dos sistemas de produção irrigada com efeitos diretos na economia operacional dos sistemas de irrigação A determinação a partir de amostras indeformadas apesar de ligeiramente trabalhosa oferece confiabilidade para os modelosmetodologias de estimativa de lâminas de água e manejo dos solos irrigados Determinar a curva de retenção de água no solo é um dado de extrema importância para a agricultura pois com ela é possível estimar a quantidade de água disponível para as plantas CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 31 Equação de van Genuchten 1980 𝜽 Umidade do solo cm3cm3 𝜽r Umidade residual cm3cm3 𝜽s Umidade de saturação cm3cm3 Ψm Potencial matricial cmH2O α Parâmetro de ajuste do modelo n Parâmetro de ajuste do modelo m Parâmetro de ajuste do modelo 1n Muelem 1976 Uma das equações mais utilizadas na literatura para representar analiticamente a curva de retenção de água no solo Determinar a curva de retenção de água no solo é um dado de extrema importância para a agricultura pois com ela é possível estimar a quantidade de água disponível para as plantas θ θr θs θr 1 α Ψm n m CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 32 1 cm H2O 001 kPa 01 hPa Ajuste van Genucthen 1980 0000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 1 10 100 1000 10000 100000 Umidade cm3cm3 Potencial Matricial log h hPa Umidade Observada 𝜽 Umidade do solo cm3cm3 𝜽r Umidade residual cm3cm3 𝜽s Umidade de saturação cm3cm3 Ψm Potencial matricial cmH2O α Parâmetro de ajuste do modelo n Parâmetro de ajuste do modelo m Parâmetro de ajuste do modelo 1n Muelem 1976 Ψm cm H2O θ cm3cm3 Observada 10 05000 20 04900 40 04890 60 04800 80 04500 100 04000 300 03500 500 02990 800 02800 1000 02500 3000 02490 5000 02450 10000 02400 15000 02390 Exemplo de ajuste utilizando o Excel httpswwwyoutubecomwatchvv8DYcLO0Nqkt910s θ θr θs θr 1 α Ψm n m CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 33 Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Ψm cm H2O θ cm3cm3 Observada θ cm3cm3 Ajustada 10 05000 05022 20 04900 04965 40 04890 04811 60 04800 04634 80 04500 04457 100 04000 04290 300 03500 03332 500 02990 02986 800 02800 02763 1000 02500 02685 3000 02490 02469 5000 02450 02425 10000 02400 02392 15000 02390 02380 Dados iniciais para ajuste 𝜽r 020 cm3cm3 𝜽s 050 cm3cm3 α 001 1100 n 2 m 05 1n Mualem 1976 0000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 1 10 100 1000 10000 100000 Umidade cm3cm3 Potencial Matricial log h hPa Umidade Observada Umidade Ajustada Exemplo de ajuste utilizando o Excel httpswwwyoutubecomwatchvv8DYcLO0Nqkt910s θ θr θs θr 1 α Ψm n m Ajuste van Genucthen 1980 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 34 Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Ψm cm H2O θ cm3cm3 Observada θ cm3cm3 Ajustada Desvios Obs Ajust Quadrado dos Desvios 10 05000 05022 00022 4748E06 20 04900 04965 00065 4281E05 40 04890 04811 00079 6237E05 60 04800 04634 00166 2756E04 80 04500 04457 00043 1884E05 100 04000 04290 00290 8388E04 300 03500 03332 00168 2835E04 500 02990 02986 00004 1878E07 800 02800 02763 00037 1348E05 1000 02500 02685 00185 3429E04 3000 02490 02469 00021 4381E06 5000 02450 02425 00025 6337E06 10000 02400 02392 00008 7208E07 15000 02390 02380 00010 9243E07 Somatório do quadrado do desvios SQD 1895E03 0000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 1 10 100 1000 10000 100000 Umidade cm3cm3 Potencial Matricial log h hPa Umidade Observada Umidade Ajustada θ 02358 05050 02358 1 000806 Ψm 16094 06213 θr 02358 cm3cm3 θs 05050 cm3cm3 α 000806 n 16094 m 06213 Minimizando a SQD Função Solver Excel θr 020 cm3cm3 θs 050 cm3cm3 α 001 1100 n 2 m 05 1n Mualem 1976 Equação ajustada θ 02358 02692 1 000806 Ψm 16094 06213 Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 θ θr θs θr 1 α Ψm n m Ajuste van Genucthen 1980 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 35 Aplicação Um solo foi avaliado e apresenta a curva de retenção indicada a seguir Para controle da aplicação de água às culturas foi instalado um tensiômetro na profundidade de 20 cm O potencial matricial em certo instante registrou 0416 atm Ψm 416 cmH2O Qual a umidade do solo cm3cm3 correspondente ao potencial medido a partir da curva de retenção de água Sendo a Capacidade de Campo CC desse solo igual a 02898 cm3cm3 qual a lâmina de água que dever ser aplicada para retornar o solo à CC θ 00378 04211 1 148522 Ψm 03121 02822 θ 00378 04211 1 148522 416 03121 02822 02295 cm3 cm3 Umidade do solo Lâmina de água necessária Lâmina θCC θatual Z Lâmina 02898 02295 20 Lâmina 1205 mm θ cm3 cm3 Ψm cmH2O Se o Ψm 416 cmH2O corresponde ao limite crítico para a cultura a lâmina de 1205 mm equivale a IRN CRA Ajuste van Genucthen 1980 CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA NO SOLO Ψm x θ Retenção e movimento de água no solo 36 Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Considerando os íons e outros solutos encontrados na água do solo a água adquire uma energia potencial osmótica Ψos Quanto mais concentrada a solução menor o estado de energia da água e mais negativo será Ψos É uma ocorrência não desejada O potencial osmótico é um parâmetro que expressa a dinâmica e o efeito de sais no sistema soloplanta uma vez que considera a interação de todos os sais presentes na solução do solo Dependendo do grau de salinidade a planta em vez de absorver poderá perder a água que se encontra no seu interior Esta ação é denominada plasmólise e ocorre quando uma solução altamente concentrada é posta em contato com a célula vegetal O fenômeno é devido ao movimento da água que passa das células para a solução mais concentrada Nildo da Silva Dias Flávio F Blanco 2010 POTENCIAL OSMÓTICO NO SOLO Ψos Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Retenção e movimento de água no solo 37 Ψos R T C Ψos 360 CEe R Constante geral do gases 0082 atm mol1 0K1 T Temperatura absoluta da solução 0K C Concentração da solução mol L1 CEe Condutividade elétrica da solução d SM1 Devido à baixa concentração de saís solúveis o potencial osmótico em solos não salinos é considerado desprezível Ψos 0 logo a água desde solo está disponível a uma faixa de potencial de 33 a 1500 kPa em condições de capacidade de campo e ponto de murcha permanente Porém a presença de sais faz com que essa faixa de disponibilidade seja diminuída em razão do aumento da tensão total pois nesse caso considerase o potencial osmótico Ψos 0 Nildo da Silva Dias Flávio F Blanco 2010 POTENCIAL OSMÓTICO NO SOLO Ψos Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Retenção e movimento de água no solo 38 Ψt Ψm Ψg Ψp Ψos Ψt Ψm Ψg Ψt Ψg Ψp Solo não saturado Solo saturado POTENCIAL TOTAL DE AGUA NO SOLO Ψt Retenção e movimento de água no solo 39 A gravidade puxa a água verticalmente para baixo a pressão de sucção do solo trabalha em todas as direções tanto em solos úmidos como secos A água livre se movimenta em resposta à força da gravidade água adsorvida em resposta ao potencial matricial Quando a chuva cai em um solo seco o teor de água é primeiramente elevado à CC na camada superficial e em seguida a frente de molhamento se movimenta para as camadas mais profundas A água também se movimenta em todas as direções em filmes e capilares 10 μm para partes do solo que ainda não estejam na CC Após a CC a percolação é lenta pelos poros de 1050 μm e rápida pelos poros 50 μm Em um solo natural a frente de molhamento é raramente regular devido aos grandes canais passagem de raízes orifícios causados por animais rachaduras e fendas por onde o fluxo de água é rápido e antes da frente de molhamento Diedrich Schroeder 1984 MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo 40 A água no estado líquido movese sempre que existirem diferenças de potencial nos diferentes pontos dentro do sistema O movimento dáse no sentido do decréscimo do potencial isto é a água se move de pontos de maior potencial para pontos de menor potencial D C A B DIFERENÇA DE POTENCIAL Toda vez que no sistema em consideração houver diferença de potencial total Ψt pode haver movimento de água A diferença de potencial cria um gradiente e como este é uma força a água pode se mover Se o potencial total da água em um dado ponto A no solo é ΨA e em outro ponto B é ΨB a diferença de potencial entre os pontos Ψ será Ψ ΨA ΨB MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo 41 Se as camadas superficiais do solo estiverem mais úmidas que as camadas mais profundas Ψ é maior nas primeiras camadas e a água tende a drenar dentro do perfil do solo Quando a superfície do solo seca devido ao processo de evaporação o potencial total Ψ das camadas superficiais fica mais negativo que o das camadas mais profundas Como resultado aparece um movimento ascendente de água no perfil do solo DIFERENÇA DE POTENCIAL Toda vez que no sistema em consideração houver diferença de potencial total Ψt pode haver movimento de água A diferença de potencial cria um gradiente e como este é uma força a água pode se mover Dos exemplos vistos vêse que a água pode moverse em qualquer sentido e direção de cima para baixo de baixo para cima lateralmente mas sempre de acordo com a distribuição do potencial total Ψt MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO Retenção e movimento de água no solo 42 D C A B Solo Ψ 003 MPa Raízes Ψ 01 MPa Xilema Ψ 03 MPa Folhas Ψ 07 MPa Atmosfera Ψ 100 MPa ÁGUASOLOPLANTA A água se desloca em resposta a uma diferença de potencial isto é sempre que houver diferença de potencial entre dois pontos de um sistema a água estará se movendo do ponto onde o potencial total é maior para o ponto onde ele é menor Retenção e movimento de água no solo MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO 43 O gradiente de potencial é uma grandeza física que mede o sentido no qual um campo potencial apresenta maior crescimento Assim se a diferença de potencial Ψ ΨA ΨB onde ΨA ΨB for dividida pela distância entre os pontos A e B X resultará em Grad Ψ ΔΨ ΔX D C A B O solo oferece resistência ao movimento de água e isso varia com o tamanho e tortuosidade dos poros A taxa de movimento da água depende da permeabilidade e da diferença do potencial de água entre dois pontos Retenção e movimento de água no solo GRADIENTE DE POTENCIAL MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO 44 O gradiente indica quantas unidades de Ψ o campo aumenta por unidade de distância Gradiente é energia trabalho e X é deslocamento Gradiente de potencial é portanto igual a força responsável pelo movimento da água porém em sentido contrário Grad Ψ ΔΨ ΔX Grad Ψ Trabalho Deslocamento F Grad Ψ F A razão entre a taxa de variação do potencial da água no solo ao longo da distância 𝚫ΨX denominase gradiente hidráulico representando a força responsável pelo escoamento da água no solo O sinal negativo indica que o escoamento se estabelece do maior para o menor potencial Retenção e movimento de água no solo GRADIENTE DE POTENCIAL MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO 45 Henry Darcy 1856 foi o primeiro a estudar o fluxo de fluidos movimento da água a partir da observação de infiltração de solução em colunas de areia homogênea em condições de saturação em filtros utilizados no sistema de tratamento de água de Paris Q α A Δh L Q k A Δh L Proporcional Gradiente LEI DE DARCY Retenção e movimento de água no solo MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO 46 Darcy constatou que a vazão é proporcional à diferença de pressão ao longo do fluxo à área da seção do conduto do meio poroso e do fluido além de inversamente proporcional ao comprimento do conduto Q k A Grad k é tanto maior quanto maior for a umidade θ k é máximo quando o solo está saturado q k Grad Ψ q V A t A densidade de fluxo q é o volume de água que passa pela unidade de área transversal por unidade de tempo O movimento de água é influenciado por uma característica intrínseca do solo chamada condutividade hidráulica k A condutividade hidráulica é um parâmetro que mede a facilidade com a qual o solo transmite a água k q Grad Ψ A água se move na existência de um gradiente de potencial nos diferentes pontos de um sistema no sentido do maior para o menor potencial httpsdocplayercombr6077350Processoshidrologicoscst318ser 456tema6aguanosoloano2015html Retenção e movimento de água no solo MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO LEI DE DARCY DENSIDADE DE FLUXO 47 Q k A Grad Ψ Q A k Grad Ψ Aplicação Em uma camada de solo de 50 cm a condutividade hidráulica média é de 489 cm dia1 Dois tensiômetros digitais foram instalados nas profundidades de 15 cm A e 30 cm B As leituras foram de 415 Kpa e 438 Kpa respectivamente OBS O leitor de tensão está à 15 cm acima da superfície e não há registro da presença de sais no perfil do solo Determinar a Potencial matricial nas profundidades A e B b Potencial gravitacional nas profundidades A e B c Potencial total nas profundidades A e B d Diferença de potencial entre as profundidades A e B e Gradiente de potencial entre as profundidades A e B f Densidade de fluxo entre as profundidades A e B Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 Ψm Leitura h1 h2 Retenção e movimento de água no solo MOVIMENTO DE ÁGUA NO SOLO 48 1 Estudar e revisar as unidades de pressão consultar livrosapontamentos de Hidráulica 2 Quais as limitações para o uso da curva de retenção pesquisar na literatura recomendada 3 Qual o limite máximo de tensão permitido para uso do tensiômetro pesquisar na literatura recomendada 4 Determinar o potencial gravitacional da água em três pontos A B e C situados a 30 60 e 120 cm abaixo da superfície de um solo não saturado Apresentar os resultados em cm H2O e atm 5 Em uma cultura de arroz inundado a lâmina de água acima da superfície do solo é de 15 cm Qual o potencial de pressão em um ponto do solo 20 cm abaixo da superfície 6 Um tensiômetro com cuba de mercúrio está instalado uma profundidade de 20 cm Sua leitura é de 2063 cm Hg e sua cuba está a 40 cm da superfície do solo Qual o potencial matricial do solo naquela profundidade Qual o potencial total considerando a ausência de efeitos de sais no sistema 7 Dentro de uma tubulação de água de secção transversal de 20 cm2 passam 150 cm3 de água em 8 minutos Qual a vazão e a densidade de fluxo da água 8 Numa camada profunda de solo em torno de 150 cm a condutividade hidráulica é de aproximadamente 5515 cm dia1 Dois tensiômetros digitais instalados a 135 cm e 165 cm de profundidade permitem a medida do gradiente de potencial O primeiro tensiômetro tem uma leitura de Ψm 75 cm H2O e o segundo Ψm 88 cm H2O Qual o fluxo de água nesta camada Retenção e movimento de água no solo 49 Para fins práticos podese fazer a seguinte aproximação 1 atm 1 bar 1 kgf cm2 100 kPa 10 mca 147 libras pol2 ALBUQUERQUE P E P DURÃES F O M Uso e manejo de irrigação Embrapa BrasíliaDF 2ª ed 2013 528p BERNARDO S SOARES A A MANTOVANI E C Manual de irrigação UFVImprensa Universitária ViçosaMG 8ª ed 2006 625p CARVALHO D F de OLIVEIRA LFC Planejamento e manejo da água na agricultura irrigada Editora UFV ViçosaMG 2012 220p REICHARDT K A água em sistemas agrícolas São Paulo Editora Manole Ltda 1990 188p REICHARDT K TIMM L C Solo Planta e Atmosfera conceitos processos e aplicações 1ª ed Barueri Manole 2004 v 1 478 p Literatura consultada e recomendada Retenção e movimento de água no solo 50 51 Retenção e movimento de água no solo