Adaptações na teoria de Green-Ampt para modelar a infiltração de água no solo
Resumo
A modelagem matemática da infiltração de água no solo em escala de perfil com o modelo Green-Ampt (GA) corresponde ao assunto central desta dissertação. O modelo GA, nesta dissertação, foi considerado um modelo físico-empírico, para o qual estratégias empíricas de parametrização foram estudadas visando aplicar o modelo em perfis de solo de sistemas naturais solo-planta-atmosfera. Para isso, o estudo foi dividido em dois capítulos. O primeiro capítulo corresponde às proposições de parametrização e a comparação do desempenho do modelo Green-Ampt Modificado (GAM) com o Hydrus em um experimento numérico. A mudança na parametrização da equação de GA foi feita para considerar que, mesmo em condições de empoçamento, a transição entre zona saturada e insaturada não é abrupta, mas sim gradual em termos de conteúdo de água e sucção matricial. Considerando isso, a tensão matricial efetiva que se manifesta na base da zona saturada (Ψb) deve ser um valor intermediário entre zero e a tensão matricial correspondente ao conteúdo de água inicial (Ψi) da zona insaturada. Vinte valores de Ψb foram testados, obtidos elevando-se a Ψi a expoentes 1/x, em que x é um número inteiro no intervalo 1≤x≤20. Para avaliar essas proposições foi realizado um experimento numérico, confrontando as simulações realizadas com o GAM com às realizadas com o Hydrus. Para os solos analisados, concluiu-se que, x=6 representa uma boa opção para o cálculo da Ψb do modelo GAM. No entanto, para outros solos, o valor de x deve ser escolhido com cautela, considerando principalmente a classe textural dos solos. O segundo capítulo avaliou o desempenho do modelo GAM em perfis de solo de um sistema natural solo-planta-atmosfera, utilizando apenas a opção x=6. Em vista disso, o modelo foi denominado de GAM6 para indicar essa condição. O desempenho do modelo GAM6 foi avaliado por meio da raiz quadrática do erro médio quadrático (RMSE), comparando o escoamento acumulado estimado com o escoamento acumulado observado em treze eventos de precipitação. Além disso, o desempenho do modelo GAM6 também foi comparado com os modelos GA original, Hydrus (modelo referência) e GAM6 calibrado. Salienta-se que, a calibração desse modelo foi feita com a modificação de apenas um parâmetro, a condutividade hidráulica de solo saturado. O modelo GAM6 sem calibração teve desempenho semelhante ao do Hydrus (sem calibração) e, com calibração, teve desempenho superior ao do Hydrus (sem calibração) para simular a infiltração em perfil de solo e precipitação naturais. Portanto, o modelo GAM6 é uma opção com grande capacidade de simular a infiltração mesmo em condições nas quais as premissas do modelo original de GA não são atendidas.
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