Phenomenology

SATURADAS

Utilizando o sistema de irrigação por aspersão próprio da Estação Olhos D’Água, efetuou- se a simulação de um evento de chuva na área. A lâmina total aplicada durante a simulação foi de 57,80 mm e, como o período total do teste foi de 8 horas corridas, a taxa média de irrigação durante o evento foi de 7,22 mm.h-1. Os registros da calha com vegetação indicaram que não houve escoamento superficial em nenhum momento ao longo do evento simulado, portanto não foi necessário qualquer desconto na lâmina aplicada via irrigação. Para entrar com o valor precipitado no FEFLOW, foi necessário converter sua unidade original em metros por dia, chegando-se ao valor de 0,1734 m.dia-1. Como esse dado representa a entrada de água no sistema, no FEFLOW ele deve ser inserido com o sinal negativo (Figura 5.2).

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Figura 5.2 - Forma de entrada do dado relativo à taxa de infiltração de água na superfície do solo no programa FEFLOW.

Os resultados da simulação do avanço da frente de molhamento utilizando o FEFLOW são apresentados graficamente na Figura 5.3.

Figura 5.3 - Resultados da simulação do avanço da frente de molhamento no decorrer de oito horas, utilizando o FEFLOW.

Como se pode observar na Figura 5.3, o avanço da frente de molhamento ocorreu de forma relativamente constante, descendo cerca de 10 cm a cada duas horas, o que pode ser mais

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bem avaliado por meio da análise da variação da lâmina de água armazenada no solo nos intervalos de tempo representados (Tabela 5.3).

Tabela 5.3 - Análise da variação da lâmina de água armazenada no perfil de solo ao longo da simulação.

Tempo decorrido Lâmina total Variação da lâmina Taxa de variação

(h) (mm) (mm) (mm.h-1₎ 0:00 255,69 - - 2:00 270,17 14,48 7,24 4:00 284,35 28,66 7,09 6:00 298,60 42,91 7,13 8:00 312,84 57,15 7,12

Como se observa na Tabela 5.3, a taxa de variação da lâmina no solo é sempre próxima à taxa de aplicação de água no solo medida com o pluviômetro, de 7,22 mm.h-1. Outro dado importante e que indica que o programa FEFLOW apresentou resultado coerente em termos de balanço de massa é que a variação total da lâmina de água nas oito horas de simulação foi de 57,15 mm, valor muito próximo ao total precipitado, de 57,80 mm. Essa diferença representa um erro de apenas 1,12% no balanço de massa, podendo ser considerado não-significativo diante da complexidade do problema e do erro envolvido em seu monitoramento.

Na Figura 5.4, os resultados obtidos na simulação do evento com o FEFLOW são comparados com dados de umidade do solo ao longo do perfil utilizando o método gravimétrico.

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Figura 5.4 - Comparação entre os dados de entrada e saída da simulação efetuada utilizando o FEFLOW e os dados de umidade medidos pelo método gravimétrico. O evento em estudo (Figura 5.4) foi simulado no dia 27/05/2008, cerca de 20 dias após a última chuva na área. Entretanto, no dia anterior à simulação, os sistemas de aplicação de água e leitura dos dados foram testados, quando se aplicou aproximadamente 15,00 mm de água na área da Estação Olhos D’Água. Certamente isso contribuiu para a uniformidade inicial do teor de água no solo demonstrada ao longo do perfil, o que, em condições naturais, provavelmente não ocorreria, pois seria comum que a camada de solo mais superficial já estivesse um pouco mais seca que as demais nessa época do ano, como verificado em outras medições efetuadas no mesmo período em outros locais de solo com características similares. Destaca-se que os dados médios da umidade do solo medida como o método gravimétrico foram utilizados como condições iniciais da modelagem. Os dados de umidade obtidos pelo método gravimétrico após as 8 horas de aplicação de água confirmam a aplicabilidade do FEFLOW na simulação unidimensional do fluxo da água em meio não-saturado em solo típico do Cerrado (Figura 5.4). Ressalta-se o fato de os resultados obtidos com o FEFLOW não passarem por qualquer procedimento de calibração, o que é um indicativo de que a base conceitual do modelo e os dados utilizados para a solução do tipo de problema apresentado foram adequados.

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Outro fato observado na Figura 5.4 é que, comparando-se os valores de umidade com os valores de θs apresentados na Tabela 4.1, conclui-se que a simulação, durante todo o tempo, se sucedeu em condições não-saturadas, o que é coerente com o fato de não ter sido registrada a ocorrência de escoamento superficial durante o evento. Isso indica que a taxa de aplicação de água, de 7,22 mm.h-1, é inferior à taxa de infiltração de água no solo analisado.

Como o método gravimétrico, apesar de mais preciso, é um método destrutivo, demandando a coleta de amostras que resultam na confecção de furos na área de estudo, é importante a avaliação do uso de métodos indiretos de determinação da umidade do solo no perfil que possibilitem um acompanhamento temporal mais detalhado desse fenômeno. Os dados obtidos com a sonda Delta-T PR2 (Delta-T Devices Ltd., 2004) são apresentados na Figura 5.5.

Figura 5.5 - Avanço da frente de molhamento monitorada com o uso da Sonda Delta-T PR2/6.

Analisando-se os dados apresentados na Figura 5.5, observa-se que a sonda foi sensível à variação da umidade do solo com o tempo nas diferentes profundidades. Entretanto,

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quando se comparam os dados obtidos com a sonda (Figura 5.5) com aqueles obtidos por meio do método gravimétrico (Figura 5.4), conclui-se que os valores de umidade representados pela sonda ao final do evento subestimam significativamente os valores observados. Nos dados iniciais também são observadas diferenças entre os dados medidos com a sonda e com o método gravimétrico. Os resultados obtidos com a sonda Delta-T PR2/6 nesta fase do estudo corroboram a afirmativa efetuada no Apêndice A, de que esse equipamento não é recomendado para trabalhos que requerem maior precisão dos dados. Na Tabela 5.4, é apresentado o resumo dos dados e resultados obtidos neste trabalho, para que os diferentes métodos utilizados sejam comparados e avaliados em relação ao balanço de massa.

Tabela 5.4 - Lâminas totais de aplicação de água por irrigação e armazenamento de água no solo e suas respectivas variações ao longo do tempo (mm).

Tempo Irrigação FEFLOW Gravimétrico Sonda PR2/6 (h) Total Var. Total Var. Total Var. Total Var.

00:00 - - 255,69 - 265,86 - 265,07 - 02:00 14,45 14,45 270,17 14,48 - - 283,76 18,69 04:00 28,90 14,45 284,35 14,18 - - 294,75 10,99 06:00 43,35 14,45 298,60 14,25 - - 301,09 6,34 08:00 57,80 14,45 312,84 14,24 318,82 52,96 306,93 5,84 Soma - 57,80 - 57,15 - 52,96 - 41,86

Como se observa na Tabela 5.4, em termos de lâmina total, no início da simulação, as medições efetuadas com a sonda Delta-T PR2/6 (265,07 mm) se aproximaram dos valores determinados por meio das medições realizadas com o método gravimétrico (265,86 mm). Contudo, destaca-se que, conforme já comentado, no caso da sonda Delta-T PR2/6, os teores de umidade medidos nos pontos divergem dos observados com o método gravimétrico, ora superestimando e ora subestimando-os, o que acabou sendo compensado no somatório da lâmina no perfil.

Conforme citado, as condições iniciais do problema no FEFLOW foram inseridas com base nos dados médios obtidos com o método gravimétrico. Como se observa, há uma diferença de cerca de 10,00 mm na lâmina total de água no solo entre os dados iniciais do FEFLOW e do método gravimétrico. Isso pode ser justificado pelo fato de a interpolação

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dos dados medidos de umidade para a determinação da lâmina de água armazenada no solo ter sido efetuada de forma linear, enquanto no FEFLOW, além da entrada de dados ter ocorrido em termos de potencial matricial da água do solo (h), dado que foi interpolado no perfil por meio do método da Krigagem e, posteriormente, as tensões obtidas foram convertidas em teor de umidade utilizando as respectivas curvas de retenção da água no solo das diferentes profundidades, as quais também tiveram seus parâmetros interpolados. Na comparação da variação das lâminas medidas no solo ao final do evento com aquela aplicada por meio de irrigação (57,80 mm), comprova-se que, no caso da sonda Delta-T PR2/6, esta subestimou em quase 30% a lâmina total aplicada. Analisando os dados médios obtidos por meio do método gravimétrico, há uma diferença de cerca de 5,00 mm em relação ao montante irrigado, o que pode ser considerado insignificante, uma vez que, além da lâmina total no solo obtida com esse método ter sido calculada de forma linear entre os pontos medidos, é plenamente factível que tenha ocorrido a evapotranspiração de uma lâmina dessa magnitude durante o evento.

Em relação aos resultados da modelagem utilizando o FEFLOW (Figuras 5.3 e 5.4), o fato de o perfil de umidade apresentar irregularidades em sua variação, formando ondulações na representação do avanço da frente de molhamento, se justifica pela variabilidade do meio, pelas condições iniciais e pela interpolação dessas características do problema analisado. Para comprovação dessa afirmativa, selecionaram-se as características do solo a 60 cm de profundidade (Tabela 4.1) para efetuar a mesma modelagem com valores constantes de variáveis do modelo e de suas condições iniciais. Os resultados dessa simulação são apresentados na Figura 5.6.

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Figura 5.6 - Resultados da simulação do avanço da frente de molhamento no decorrer de oito horas, utilizando o FEFLOW com dados de entrada constantes.

Comparando-se os resultados apresentados nas Figuras 5.3 e 5.6, comprova-se que, entrando com valores constantes de características do meio e de condições iniciais, a variação da umidade do solo ocorre sem ressaltos no sentido da profundidade. Outro fato interessante a ser destacado é que, como a condutividade hidráulica utilizada, da camada de 60 cm, é inferior às das camadas superiores (Tabela 4.1), a frente de molhamento avançou cerca de 10 cm a menos na simulação apresentada na Figura 5.6. Destaca-se, ainda, que os resultados das duas simulações são equivalentes e coerentes com a quantidade de água aplicada por meio da irrigação, respeitando o balanço hídrico do sistema.

5.3 - SIMULAÇÃO DO FLUXO DA ÁGUA NA BACIA EXPERIMENTAL DO