ABSTRACT The TDR measures soil water content by measuring the travel time of an electromagnetic step pulse through a wave guide embedded in the soil. Damage during insertion and retrieval of the probe makes it unsuitable for repeated use. A multilevel-TDR probe with adequate protection for cable was designed and tested to overcome this problem. Each section of the multilevel-TDR probe was constructed by embedding a 60 mm centre rod and a 63 mm outer loop in grooves on the outer wall of a 200 mm section of PVC pipe. Fifteen such probes were tested in the laboratory and the field by comparing it with the weighing method. Regression analysis between TDR-ϴv and weighing method-ϴv showed good correlation with an R2 of 0.97 and 0.98 during two laboratory experiments and 0.51 during the field experiment. This multilevel probe is cost effective, reusable and can measure soil water content at different depths.

Cracks in reinforced concrete structures can occur as a result of many phenomena such as fresh concrete bleeding, restrained shrinkage, thermal gradients, freeze-thaw cycles, alkali-aggregate reactions, and can also be induced by external loading. Thus, concrete becomes more vulnerable to the processes of deterioration by corrosion of reinforcement. The corrosion rate of cracked reinforced concrete in different exposure conditions has been studied by some researchers. However, it is not clear how the presence of cracks affects the corrosion-determining factors, which control the corrosion pattern at the crack. The objective of this project was to develop an understanding of the effects of cracking on the transport characteristics under wetting and drying cycles. In this project, flexural loading induced natural cracks, and parallel-wall artificial cracks were studied. The infiltration properties of those cracks were evaluated by the tension infiltrometry technique. The saturation conditions around the crack were monitored with the Time Domain Reflectometry (TDR) technique. A numerical simulation was carried out to model the evolution of saturation in the cracked beams; in the model two crack modeling approaches were employed and compared. The infiltration test showed that the presence of both artificial and natural cracks (0.3 mm and 1.0 mm) dramatically increased the permeability of concrete. The value of hydraulic conductivity was increased by up to 5 orders of magnitude at the location of the crack. The evolution of water saturation of the cracked concrete under wetting and drying conditions was analyzed as colour-scaled images and the water saturation contours were compared for different crack openings. For the artificial crack samples, a deviation from the expected “perfectly symmetric” flow regime around a straight crack was observed. This was probably caused by the micro cracks induced during the shim pull-out process or a non-uniform compaction around the shim insertion. For the natural cracks, in the drying phase, smaller cracks seemed to have better water storage. Hence, the water saturation decreased at a slightly slower rate. The crack behaved like an open surface that was exposed to the environment. Application of the same material properties to the open surface and the crack surface did not bring a large error for the water flow simulations. A hysteresis phenomenon has been found during the identification of the Van Genuchten material parameters using an inverse modelling approach, with Ks=5×10-10 m/s, α =4.33×10-4, for the wetting phase, n=1.32 and for the drying phase, n=2.0. The simulation results suggest that for the simple flexural crack, the 1D crack line averaged from the front and back crack lines is capable of representing the crack in the wetting and drying scenario. The crack could be modelled as “free surface” or “equivalent porous medium”.

No description available.

O lisianthus (Eustoma grandiflorum) vem despertando grande interesse, pela beleza das cores das flores, firmeza das hastes e durabilidade pós-colheita. No entanto, o conhecimento da irrigação e da fertirrigação do lisianthus, fatores de alto impacto na produção e na qualidade das hastes e dos botões florais, têm-se apoiado, geralmente, no empirismo ou em recomendações de outros países, resultando na aplicação de quantidade insuficiente ou excessiva de água e fertilizantes. Este trabalho teve como objetivo estabelecer parâmetros para o manejo racional da fertirrigação do lisianthus (var. Casablanca e var. Excalibur) sob ambiente protegido, por meio da determinação do melhor limite inferior de umidade no solo, associado à determinação da concentração ótima de potássio a ser mantida na solução do solo. A pesquisa foi conduzida em dois ambientes protegidos, localizados na área experimental do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", Universidade de São Paulo (ESALQ/USP). Os tratamentos foram constituídos de cinco limites de umidade no solo para início da irrigação (T1 = 0,20, T2 = 0,15, T3 = 0,13, T4 = 0,11 e T5 = 0,09 cm3 cm-3) e cinco concentrações de potássio na solução do solo (K1 = 50, K2 = 100, K3 = 150, K4 = 200 e K5 = 250 mg dm-3). As parcelas foram dispostas no delineamento em blocos completos inteiramente casualizados, arranjados em esquema fatorial de 5 x 5 (cinco limites de umidade e cinco concentrações de potássio na solução do solo), com quatro repetições, totalizando 100 parcelas experimentais. Durante a fase de crescimento e de produção do lisianthus, foi monitorada a solução no solo, medindo-se as concentrações de potássio (K+), bem como a condutividade elétrica (CE) da solução, nas profundidades, de 0,15 e 0,30 m, por meio de extratores de solução do solo e de um reflectômetro TDR100 (Campbell Scientific, Logan-Utah). No primeiro ciclo (ciclo de outono-inverno) foram obtidos turnos de regas médios equivalentes a 6, 10, 12, 12 e 12 dias para limites de umidade do solo iguais a 0,20, 0,15, 0,13, 0,11 e 0,09 cm3 cm-3 respectivamente. Já no segundo ciclo (ciclo de primavera verão) os limites de umidades estudados resultaram em intervalos entre fertirrigações (turnos de rega médios) de aproximadamente 7, 11, 14, 17 e 23 dias. O cultivo do lisianthus sob o limite inferior de umidade do solo igual a 0,20 cm3 cm-3 resultou na aplicação de lâminas de irrigação de até 16% (primeiro ciclo) e 26% (segundo ciclo) superiores em relação às lâminas médias dos demais limites de umidade do solo. Após a obtenção de boa aproximação entre os valores esperados e obtidos das concentrações de potássio (K+) e da condutividade elétrica da solução do solo (CEes) no início do ciclo, foi possível, por meio do uso de extratores de cápsula porosa e TDR, a manutenção das concentrações de K+ e CEes em níveis próximos aos estabelecidos pelos tratamentos, garantindo o paralelismo dos perfis ao longo do tempo. A ordem de predominância dos nutrientes nas plantas de liasianhtus colhidas no final do segundo ciclo foi K>N>S>Mg>Ca>P, para os macros e Fe>Mn>B>Zn>Cu para os micronutrientes, além disso, verificou-se também que, as diferentes concentrações de potássio na solução do solo não resultou em diferenças expressivas nos teores deste nas plantas. As principais características de crescimento e produção da cultura do lisianthus apresentaram resposta linear decrescente em função da redução dos valores de umidade do solo tidos como limites para início da irrigação. O uso de extratores de capsulas porosas associado ao monitoramento da umidade do solo com a TDR e a utilização da equação do balanço de massas possibilitou um manejo satisfatório das concentrações de potássio e da condutividade elétrica da solução do solo no cultivo do lisianthus fertirrigado em ambiente protegido. Além disso, para todas as variáveis de interesse comercial e de rendimento total, os melhores resultados foram obtidos quando a cultura do lisianthus foi submetida a maiores frequências de fertirrigação. As características de rendimento e de qualidade das hastes florais não foram influenciadas pelas concentrações de potássio na solução do solo. / Lisianthus (Eustoma grandiflorum) has had attracting great interest by the beauty of the flowers colors, firmness of stems and post-harvest durability. However, knowledge of irrigation and fertigation of lisiathus, high impact factors in the production and quality of stems and flower buds, have had based it generally on empiricism or recommendations from other countries, resulting in insufficient or excessive application of water and fertilizer. This study aimed to establish parameters for the appropriated management of lisianthus fertigation (var. Casablanca and var. Excalibur) under protected environment by determining the best soil moisture lower boundary associated with the optimum concentration of potassium which have be maintained in the soil solution. The research was conduct in two greenhouses, located in the experimental area of the Department of Biosystems Engineering from Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", University of São Paulo (ESALQ / USP). The treatments were compose of five soil moisture limits to start fertigation (T1 = 0.20, T2 = 0.15, T3 = 0.13, T4 = 0.11 and T5 = 0.09 cm3 cm-3) and five concentrations of potassium in the soil solution (K1 = 50, K2 = 100, K3 = 150, K4 = 200 and K5 = 250 mg dm-3). The plots were arrange in completely randomized block design and factorial scheme of 5 x 5 (five moisture limits and five concentrations of potassium in the soil solution), with four repetitions, totaling 100 plots. During the growth and production phases of lisianthus, the soil solution was monitoring by measuring of potassium concentration (K+) and electrical conductivity (EC) at 0.15 to 0.30 m of depth through soil solution extractors and TDR100 Reflectometer (Campbell Scientific, Logan, Utah). In the first cycle (autumn-winter), average scheduling irrigation equivalent to 6, 10, 12, 12 and 12 days were obtained for soil moisture limits equal to 0.20, 0.15, 0.13, 0, 11 and 0.09 cm3 cm-3 respectively. And the second cycle (summer-spring) the limits of moisture studied resulted in intervals between fertigations (average scheduling irrigation) of approximately 7, 11, 14, 17 and 23 days. Cultivation of lisianthus under the lower soil moisture limit of 0.20 cm3 cm-3 resulted in the application of irrigation depth of up to 16% (first cycle) and 26% (second cycle) higher than the average irrigation depth of the others limits of soil moisture. At the beginning of the cycle, after obtaining a good approximation between the expected and observed values of the potassium (K+) and the electrical conductivity of the soil solution, it was possible the maintenance of the concentrations of K+ and CEs at levels close to those established by the treatments through the use of porous capsule extractors and TDR, guaranteeing the parallelism of the profiles over the time. The nutrients order predominance in the lisianthus plants harvested at the end of the second cycle was K> N> S> Mg> Ca> P, for the macros and Fe> Mn> B> Zn> Cu for micronutrients. It was also observed that, the different concentrations of potassium in the soil solution did not result in significant differences in contents of that nutrient in the plants. The main growth and yield characteristics of the lisianthus crop showed a linear decreasing response as a function of the reduction of the soil moisture values considered as limits for the beginning of irrigation. The use of porous capsules extractors associated with soil moisture monitoring with TDR and the mass balance equation enabled satisfactory management of potassium and electrical conductivity concentrations of the soil solution in the grown crop of lisianthus. Furthermore, the best results were obtain when lisianthus was subject to higher frequencies of fertigation for all variables of commercial interest and total yield. The yield and quality characteristics of the flower stems were not influenced by the potassium concentrations in the soil solution.

A modelagem da dinâmica de solutos no solo tem se mostrado uma ferramenta essencial, pois permite simular cenários e prever impactos ao meio ambiente associados ao manejo inadequado de fertilizantes agrícolas. Na zona radicular das culturas a parametrização do transporte de solutos, bem como a parametrização física do solo, são de difícil determinação tornando a sua modelagem onerosa e imprecisa. Portanto, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a performance do modelo SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant), em simular a extração da solução do solo pela cultura do milho, em ambiente protegido. O ambiente de estudo ficou restrito à rizosfera da cultura do milho ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, mediante a aplicação de uma solução de nitrato de potássio via água de irrigação. Para isso, conduziu-se um experimento em ambiente protegido, cujo cultivo do milho foi feito em 18 lisímetros de drenagem de 500L com plantio de duas covas por lisímetro (plantio em 22/11/2014 e colheita em 22/02/2015). Os valores de umidade volumétrica do solo e de condutividade elétrica da solução do solo foram registrados pela TDR (Time Domain Reflectometry), sendo monitorados em 4 profundidades ao longo da secção transversal das raízes (5, 15, 25 e 35 cm). Também foram monitoradas variáveis agrometeorológicas a fim de se descrever as condições experimentais. Os valores simulados pelo modelo SWAP foram confrontados com os dados observados, registrados pela TDR. A avaliação da performance do modelo foi feita pelo emprego do índice de concordância (Id), índice de avaliação de modelos (E), raíz quadrada média do erro (RMSE) e coeficiente de determinação. Diante dos resultados obtidos, percebeu-se pelo monitoramento agrometeorológico que o ciclo da cultura se deu em condições de anomalias climáticas, isso de certa forma influenciou na extração de água pela cultura. A simulação da extração de água na rizosfera do milho pelo modelo SWAP demonstrou uma satisfatória performance do modelo, o qual apresentou resultado pelos índices de avaliação valores superiores a 0,7 e índices de concordância superiores a 0,9 para todas as camadas monitoradas. O erro quadrático médio foi inferior a 0,009 cm3 cm-3 para todas as camadas, apesar de ter nas camadas mais profundas uma atenuação qualitativa na simulação. O movimento da extração da solução do solo na rizosfera, em especial, nas camadas superficiais apresentaram resultados satisfatórios com índices de avaliação de modelos de 0,659 e 0,596 e índices de concordância de 0,913 e 0,834, respectivamente, para as camadas de 5 e 15 cm de profundidade. Já para as camadas mais profundas não se observou boa aderência do valor simulado aos dados. O coeficiente de extração relativa da solução do solo pelo milho apresentou valor de 16%. Assim, o modelo SWAP mostrou-se satisfatório na simulação do movimento da solução do solo na zona radicular da cultura do milho, mesmo sob condições atmosféricas extremas. Não obstante, seu desempenho foi prejudicado para as simulações em camadas inferiores, onde foi observada uma baixa variação do conteúdo de água e concentração de sais no solo. / The modeling of solute dynamics in soil is an essential tool for simulating scenarios and predicting environment impacts associated with inadequate management of fertilizers. Solute transport parameter and soil physical parameters in the vadose zone are difficult to determine, causing modeling to be expensive and imprecise. This research, therefore, was set up to evaluate the effectiveness of the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) model to simulate soil solution uptake by corn under controlled environmental conditions. The study consisted of applying a potassium nitrate solution in irrigation water to maize rhizosphere throughout its development cycle. The experiment was conducted in a greenhouse, in which maize was planted on 11/22/2014 and harvested on 02/22/2015 in eighteen 500L drainage lysimeters.The soil moisture values and electrical conductivity of soil solution were registered by TDR (Time Domain Reflectometry) at four depths (5, 15, 25 and 35 cm) along the cross-section of the root. Environmental variables were also monitored in order to characterize the experimental conditions. Values simulated by the SWAP model were compared with observed data recorded by the TDR. Model performance was evaluated by the use of the Concordance Index (Id), the Model Assessment Index (E), Root Mean Square Error (RMSE), and Coefficient of Determination. As the experiment was conducted under controlled conditions, the water uptake patterns might not be reflective of uptake patterns under normal weather conditions. The simulation of water extraction in the rhizosphere of corn by SWAP model matched observed values, with indices greater than 0.7 and concordance rates of over 0.9, for all monitored layers. The RMSE was less than 0.009 cm3 cm-3 for all layers. The concentration of extracts of the soil solution in the rhizosphere, in particular in the top two layers, were satisfactorily simulated with model evaluation indexes of 0.659 and 0.596, and concordance rates of 0.913 and 0.834, respectively, for the 5 and 15 cm layers. For the deeper layers, there was little correlation between the observed and simulated value. The relative extraction coefficient of soil solution for corn was 16%. Thus, the SWAP model satisfactorily simulated soil solution movement in the upper layers of the vadose zone of maize, even under extreme weather conditions. However, the model did not perform as well in the lower layers performance was impaired for the simulations in lower layers, which had low variation in the observed water content and salt concentration in the soil.

Soil moisture is a key state variable that controls runoff formation, infiltration and partitioning of radiation into latent and sensible heat. However, the experimental characterisation of near surface soil moisture patterns and their controls on runoff formation remains a challenge. This subject was one aspect of the BMBF-funded OPAQUE project (operational discharge and flooding predictions in head catchments). As part of that project the focus of this dissertation is on: (1) testing the methodology and feasibility of the Spatial TDR technology in producing soil moisture profiles along TDR probes, including an inversion technique of the recorded signal in heterogeneous field soils, (2) the analysis of spatial variability and temporal dynamics of soil moisture at the field scale including field experiments and hydrological modelling, (3) the application of models of different complexity for understanding soil moisture dynamics and its importance for runoff generation as well as for improving the prediction of runoff volumes. To fulfil objective 1, several laboratory experiments were conducted to understand the influence of probe rod geometry and heterogeneities in the sampling volume under different wetness conditions. This includes a detailed analysis on how these error sources affect retrieval of soil moisture profiles in soils. Concerning objective 2 a sampling strategy of two TDR clusters installed in the head water of the Wilde Weißeritz catchment (Eastern Ore Mountains, Germany) was used to investigate how well “the catchment state” can be characterised by means of distributed soil moisture data observed at the field scale. A grassland site and a forested site both located on gentle slopes were instrumented with two Spatial TDR clusters that consist of up to 39 TDR probes. Process understanding was gained by modelling the interaction of evapotranspiration and soil moisture with the hydrological process model CATFLOW. A field scale irrigation experiment was carried out to investigate near subsurface processes at the hillslope scale. The interactions of soil moisture and runoff formation were analysed using discharge data from three nested catchments: the Becherbach with a size of 2 km², the Rehefeld catchment (17 km²) and the superordinate Ammelsdorf catchment (49 km²). Statistical analyses including observations of pre-event runoff, soil moisture and different rainfall characteristics were employed to predict stream flow volume. On the different scales a strong correlation between the average soil moisture and the runoff coefficients of rainfall-runoff events could be found, which almost explains equivalent variability as the pre-event runoff. Furthermore, there was a strong correlation between surface soil moisture and subsurface wetness with a hysteretic behaviour between runoff soil moisture. To fulfil objective 3 these findings were used in a generalised linear model (GLM) analysis which combines state variables describing the catchments antecedent wetness and variables describing the meteorological forcing in order to predict event runoff coefficients. GLM results were compared to simulations with the catchment model WaSiM ETH. Hereby were the model results of the GLMs always better than the simulations with WaSiM ETH. The GLM analysis indicated that the proposed sampling strategy of clustering TDR probes in typical functional units is a promising technique to explore soil moisture controls on runoff generation and can be an important link between the scales. Long term monitoring of such sites could yield valuable information for flood warning and forecasting by identifying critical soil moisture conditions for the former and providing a better representation of the initial moisture conditions for the latter. / Abflussentwicklung, Infiltration und die Umverteilung von Strahlung in latenten und sensiblen Wärmestrom werden maßgeblich durch die Bodenfeuchte der vadosen Zone gesteuert. Trotz allem, gibt s wenig Arbeiten die sich mit der experimentellen Charakterisierung der Bodenfeuchteverteilung und ihre Auswirkung auf die Abflussbildung beschäftigen. Der Fokus dieser Dissertation wurde darauf ausgerichtet: (1) die Methode des Spatial TDR und deren Anwendbarkeit einschließlich der Inversion des TDR Signals in heterogenen Böden zu prüfen, (2) die Analyse der räumlichen und zeitlichen Dynamik der Bodenfeuchte auf der Feldskala einschließlich Feldexperimenten und hydrologischer Modellierung, (3) der Aufbau verschiedener Modellanwendungen unterschiedlicher Komplexität um die Bodenfeuchtedynamiken und die Abflussentwicklung zu verstehen und die Vorhersage des Abflussvolumens zu verbessern. Um die Zielsetzung 1 zu erreichen, wurden verschiedene Laborversuche durchgeführt. Hierbei wurde der Einfluss der Sondenstabgeometrie und verschiedener Heterogenitäten im Messvolumen bei verschiedenen Feuchtegehalten untersucht. Dies beinhaltete eine detaillierte Analyse wie diese Fehlerquellen die Inversion des Bodenfeuchteprofils beeinflussen. Betreffend der Zielsetzung 2, wurden 2 TDR-Cluster in den Quellgebieten der Wilden Weißeritz installiert (Osterzgebirge) und untersucht, wie gut der Gebietszustand mit räumlich hochaufgelösten Bodenfeuchtedaten der Feldskala charakterisiert werden kann. Um die Interaktion zwischen Evapotranspiration und Bodenfeuchte zu untersuchen wurde das hydrologische Prozessmodell CATFLOW angewendet. Ein Beregnungsversuch wurde durchgeführt um die Zwischenabflussprozesse auf der Hangskala zu verstehen. Die Interaktion zwischen Bodenfeuchte und Abflussentwicklung wurde anhand von drei einander zugeordneten Einzugsgebieten analysiert. Statistische Analysen unter Berücksichtigung von Basisabfluss, Bodenvorfeuchte und verschiedenen Niederschlagscharakteristika wurden verwendet, um auf das Abflussvolumen zu schließen. Auf den verschiedenen Skalen konnte eine hohe Korrelation zwischen der mittleren Bodenfeuchte und dem Abflussbeiwert der Einzelereignisse festgestellt werden. Hierbei konnte die Bodenfeuchte genauso viel Variabilität erklären wie der Basisabfluss. Im Hinblick auf Zielsetzung 3 wurden “Generalised liner models” (GLM) genutzt. Dabei wurden Prädiktorvariablen die den Gebietszustand beschreiben und solche die die Meteorologische Randbedingungen beschreiben genutzt um den Abflussbeiwert zu schätzen. Die Ergebnisse der GLMs wurden mit Simulationsergebnissen des hydrologischen Gebietsmodells WaSiM ETH verglichen. Hierbei haben die GLMs eindeutig bessere Ergebnisse geliefert gegenüber den WaSiM Simulationen. Die GLM Analysen haben aufgezeigt, dass die verwendete Messstrategie mehrerer TDR-Cluster in typischen funktionalen Einheiten eine viel versprechende Methode ist, um den Einfluss der Bodenfeuchte auf die Abflussentwicklung zu verstehen und ein Bindeglied zwischen den Skalen darstellen zu können. Langzeitbeobachtungen solcher Standorte sind in der Lage wichtige Zusatzinformationen bei der Hochwasserwarnung und -vorhersage zu liefern durch die Identifizierung kritischer Gebietszustände für erstere und eine bessere Repräsentation der Vorfeuchte für letztere.

A modelagem da dinâmica de solutos no solo tem se mostrado uma ferramenta essencial, pois permite simular cenários e prever impactos ao meio ambiente associados ao manejo inadequado de fertilizantes agrícolas. Na zona radicular das culturas a parametrização do transporte de solutos, bem como a parametrização física do solo, são de difícil determinação tornando a sua modelagem onerosa e imprecisa. Portanto, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a performance do modelo SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant), em simular a extração da solução do solo pela cultura do milho, em ambiente protegido. O ambiente de estudo ficou restrito à rizosfera da cultura do milho ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, mediante a aplicação de uma solução de nitrato de potássio via água de irrigação. Para isso, conduziu-se um experimento em ambiente protegido, cujo cultivo do milho foi feito em 18 lisímetros de drenagem de 500L com plantio de duas covas por lisímetro (plantio em 22/11/2014 e colheita em 22/02/2015). Os valores de umidade volumétrica do solo e de condutividade elétrica da solução do solo foram registrados pela TDR (Time Domain Reflectometry), sendo monitorados em 4 profundidades ao longo da secção transversal das raízes (5, 15, 25 e 35 cm). Também foram monitoradas variáveis agrometeorológicas a fim de se descrever as condições experimentais. Os valores simulados pelo modelo SWAP foram confrontados com os dados observados, registrados pela TDR. A avaliação da performance do modelo foi feita pelo emprego do índice de concordância (Id), índice de avaliação de modelos (E), raíz quadrada média do erro (RMSE) e coeficiente de determinação. Diante dos resultados obtidos, percebeu-se pelo monitoramento agrometeorológico que o ciclo da cultura se deu em condições de anomalias climáticas, isso de certa forma influenciou na extração de água pela cultura. A simulação da extração de água na rizosfera do milho pelo modelo SWAP demonstrou uma satisfatória performance do modelo, o qual apresentou resultado pelos índices de avaliação valores superiores a 0,7 e índices de concordância superiores a 0,9 para todas as camadas monitoradas. O erro quadrático médio foi inferior a 0,009 cm3 cm-3 para todas as camadas, apesar de ter nas camadas mais profundas uma atenuação qualitativa na simulação. O movimento da extração da solução do solo na rizosfera, em especial, nas camadas superficiais apresentaram resultados satisfatórios com índices de avaliação de modelos de 0,659 e 0,596 e índices de concordância de 0,913 e 0,834, respectivamente, para as camadas de 5 e 15 cm de profundidade. Já para as camadas mais profundas não se observou boa aderência do valor simulado aos dados. O coeficiente de extração relativa da solução do solo pelo milho apresentou valor de 16%. Assim, o modelo SWAP mostrou-se satisfatório na simulação do movimento da solução do solo na zona radicular da cultura do milho, mesmo sob condições atmosféricas extremas. Não obstante, seu desempenho foi prejudicado para as simulações em camadas inferiores, onde foi observada uma baixa variação do conteúdo de água e concentração de sais no solo. / The modeling of solute dynamics in soil is an essential tool for simulating scenarios and predicting environment impacts associated with inadequate management of fertilizers. Solute transport parameter and soil physical parameters in the vadose zone are difficult to determine, causing modeling to be expensive and imprecise. This research, therefore, was set up to evaluate the effectiveness of the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) model to simulate soil solution uptake by corn under controlled environmental conditions. The study consisted of applying a potassium nitrate solution in irrigation water to maize rhizosphere throughout its development cycle. The experiment was conducted in a greenhouse, in which maize was planted on 11/22/2014 and harvested on 02/22/2015 in eighteen 500L drainage lysimeters.The soil moisture values and electrical conductivity of soil solution were registered by TDR (Time Domain Reflectometry) at four depths (5, 15, 25 and 35 cm) along the cross-section of the root. Environmental variables were also monitored in order to characterize the experimental conditions. Values simulated by the SWAP model were compared with observed data recorded by the TDR. Model performance was evaluated by the use of the Concordance Index (Id), the Model Assessment Index (E), Root Mean Square Error (RMSE), and Coefficient of Determination. As the experiment was conducted under controlled conditions, the water uptake patterns might not be reflective of uptake patterns under normal weather conditions. The simulation of water extraction in the rhizosphere of corn by SWAP model matched observed values, with indices greater than 0.7 and concordance rates of over 0.9, for all monitored layers. The RMSE was less than 0.009 cm3 cm-3 for all layers. The concentration of extracts of the soil solution in the rhizosphere, in particular in the top two layers, were satisfactorily simulated with model evaluation indexes of 0.659 and 0.596, and concordance rates of 0.913 and 0.834, respectively, for the 5 and 15 cm layers. For the deeper layers, there was little correlation between the observed and simulated value. The relative extraction coefficient of soil solution for corn was 16%. Thus, the SWAP model satisfactorily simulated soil solution movement in the upper layers of the vadose zone of maize, even under extreme weather conditions. However, the model did not perform as well in the lower layers performance was impaired for the simulations in lower layers, which had low variation in the observed water content and salt concentration in the soil.

O lisianthus (Eustoma grandiflorum) vem despertando grande interesse, pela beleza das cores das flores, firmeza das hastes e durabilidade pós-colheita. No entanto, o conhecimento da irrigação e da fertirrigação do lisianthus, fatores de alto impacto na produção e na qualidade das hastes e dos botões florais, têm-se apoiado, geralmente, no empirismo ou em recomendações de outros países, resultando na aplicação de quantidade insuficiente ou excessiva de água e fertilizantes. Este trabalho teve como objetivo estabelecer parâmetros para o manejo racional da fertirrigação do lisianthus (var. Casablanca e var. Excalibur) sob ambiente protegido, por meio da determinação do melhor limite inferior de umidade no solo, associado à determinação da concentração ótima de potássio a ser mantida na solução do solo. A pesquisa foi conduzida em dois ambientes protegidos, localizados na área experimental do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", Universidade de São Paulo (ESALQ/USP). Os tratamentos foram constituídos de cinco limites de umidade no solo para início da irrigação (T1 = 0,20, T2 = 0,15, T3 = 0,13, T4 = 0,11 e T5 = 0,09 cm3 cm-3) e cinco concentrações de potássio na solução do solo (K1 = 50, K2 = 100, K3 = 150, K4 = 200 e K5 = 250 mg dm-3). As parcelas foram dispostas no delineamento em blocos completos inteiramente casualizados, arranjados em esquema fatorial de 5 x 5 (cinco limites de umidade e cinco concentrações de potássio na solução do solo), com quatro repetições, totalizando 100 parcelas experimentais. Durante a fase de crescimento e de produção do lisianthus, foi monitorada a solução no solo, medindo-se as concentrações de potássio (K+), bem como a condutividade elétrica (CE) da solução, nas profundidades, de 0,15 e 0,30 m, por meio de extratores de solução do solo e de um reflectômetro TDR100 (Campbell Scientific, Logan-Utah). No primeiro ciclo (ciclo de outono-inverno) foram obtidos turnos de regas médios equivalentes a 6, 10, 12, 12 e 12 dias para limites de umidade do solo iguais a 0,20, 0,15, 0,13, 0,11 e 0,09 cm3 cm-3 respectivamente. Já no segundo ciclo (ciclo de primavera verão) os limites de umidades estudados resultaram em intervalos entre fertirrigações (turnos de rega médios) de aproximadamente 7, 11, 14, 17 e 23 dias. O cultivo do lisianthus sob o limite inferior de umidade do solo igual a 0,20 cm3 cm-3 resultou na aplicação de lâminas de irrigação de até 16% (primeiro ciclo) e 26% (segundo ciclo) superiores em relação às lâminas médias dos demais limites de umidade do solo. Após a obtenção de boa aproximação entre os valores esperados e obtidos das concentrações de potássio (K+) e da condutividade elétrica da solução do solo (CEes) no início do ciclo, foi possível, por meio do uso de extratores de cápsula porosa e TDR, a manutenção das concentrações de K+ e CEes em níveis próximos aos estabelecidos pelos tratamentos, garantindo o paralelismo dos perfis ao longo do tempo. A ordem de predominância dos nutrientes nas plantas de liasianhtus colhidas no final do segundo ciclo foi K>N>S>Mg>Ca>P, para os macros e Fe>Mn>B>Zn>Cu para os micronutrientes, além disso, verificou-se também que, as diferentes concentrações de potássio na solução do solo não resultou em diferenças expressivas nos teores deste nas plantas. As principais características de crescimento e produção da cultura do lisianthus apresentaram resposta linear decrescente em função da redução dos valores de umidade do solo tidos como limites para início da irrigação. O uso de extratores de capsulas porosas associado ao monitoramento da umidade do solo com a TDR e a utilização da equação do balanço de massas possibilitou um manejo satisfatório das concentrações de potássio e da condutividade elétrica da solução do solo no cultivo do lisianthus fertirrigado em ambiente protegido. Além disso, para todas as variáveis de interesse comercial e de rendimento total, os melhores resultados foram obtidos quando a cultura do lisianthus foi submetida a maiores frequências de fertirrigação. As características de rendimento e de qualidade das hastes florais não foram influenciadas pelas concentrações de potássio na solução do solo. / Lisianthus (Eustoma grandiflorum) has had attracting great interest by the beauty of the flowers colors, firmness of stems and post-harvest durability. However, knowledge of irrigation and fertigation of lisiathus, high impact factors in the production and quality of stems and flower buds, have had based it generally on empiricism or recommendations from other countries, resulting in insufficient or excessive application of water and fertilizer. This study aimed to establish parameters for the appropriated management of lisianthus fertigation (var. Casablanca and var. Excalibur) under protected environment by determining the best soil moisture lower boundary associated with the optimum concentration of potassium which have be maintained in the soil solution. The research was conduct in two greenhouses, located in the experimental area of the Department of Biosystems Engineering from Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", University of São Paulo (ESALQ / USP). The treatments were compose of five soil moisture limits to start fertigation (T1 = 0.20, T2 = 0.15, T3 = 0.13, T4 = 0.11 and T5 = 0.09 cm3 cm-3) and five concentrations of potassium in the soil solution (K1 = 50, K2 = 100, K3 = 150, K4 = 200 and K5 = 250 mg dm-3). The plots were arrange in completely randomized block design and factorial scheme of 5 x 5 (five moisture limits and five concentrations of potassium in the soil solution), with four repetitions, totaling 100 plots. During the growth and production phases of lisianthus, the soil solution was monitoring by measuring of potassium concentration (K+) and electrical conductivity (EC) at 0.15 to 0.30 m of depth through soil solution extractors and TDR100 Reflectometer (Campbell Scientific, Logan, Utah). In the first cycle (autumn-winter), average scheduling irrigation equivalent to 6, 10, 12, 12 and 12 days were obtained for soil moisture limits equal to 0.20, 0.15, 0.13, 0, 11 and 0.09 cm3 cm-3 respectively. And the second cycle (summer-spring) the limits of moisture studied resulted in intervals between fertigations (average scheduling irrigation) of approximately 7, 11, 14, 17 and 23 days. Cultivation of lisianthus under the lower soil moisture limit of 0.20 cm3 cm-3 resulted in the application of irrigation depth of up to 16% (first cycle) and 26% (second cycle) higher than the average irrigation depth of the others limits of soil moisture. At the beginning of the cycle, after obtaining a good approximation between the expected and observed values of the potassium (K+) and the electrical conductivity of the soil solution, it was possible the maintenance of the concentrations of K+ and CEs at levels close to those established by the treatments through the use of porous capsule extractors and TDR, guaranteeing the parallelism of the profiles over the time. The nutrients order predominance in the lisianthus plants harvested at the end of the second cycle was K> N> S> Mg> Ca> P, for the macros and Fe> Mn> B> Zn> Cu for micronutrients. It was also observed that, the different concentrations of potassium in the soil solution did not result in significant differences in contents of that nutrient in the plants. The main growth and yield characteristics of the lisianthus crop showed a linear decreasing response as a function of the reduction of the soil moisture values considered as limits for the beginning of irrigation. The use of porous capsules extractors associated with soil moisture monitoring with TDR and the mass balance equation enabled satisfactory management of potassium and electrical conductivity concentrations of the soil solution in the grown crop of lisianthus. Furthermore, the best results were obtain when lisianthus was subject to higher frequencies of fertigation for all variables of commercial interest and total yield. The yield and quality characteristics of the flower stems were not influenced by the potassium concentrations in the soil solution.

Cette recherche s’inscrit dans le cadre de la surveillance structurale des enceintes de confinement des centrales nucléaires qu’EDF exploite. L’objectif est de déterminer comment la connaissance de la teneur en eau du béton de ces ouvrages pourrait améliorer les prédictions de leur comportement mécanique, qui sont régulièrement réalisées dans le cadre de la démonstration de sûreté des installations.Dans un premier temps, nous avons étudié comment les incertitudes de mesure d’auscultation se propageaient dans les modèles pour quantifier l’information apportée par la mesure de teneur en eau. Nous avons également considéré les effets de ces incertitudes sur les extrapolations en fin de vie de l’ouvrage. Dans un second temps, nous avons proposé un modèle de surveillance des déformations différées comprenant la teneur en eau comme variable explicative et fondé sur une dépendance linéaire avec les déformations. Cette approche a été validée grâce aux données issues de la maquette VeRCoRs.Nous avons voulu ensuite estimer plus précisément l’exigence métrologique pour qualifier les chaines de mesure in situ de teneur en eau des bétons. Pour cela, nous avons utilisé la méthode de Monte Carlo pour simuler la propagation des incertitudes de mesures, en comparant les performances du modèle que nous proposions avec celles d’une approche d’ingénierie plus classique. / This research takes place within the framework of the structural monitoring of nuclear power plant containments that EDF operates. Our goal is to determine how the knowledge of the concrete water content these structures could improve the predictions of their mechanical behavior, which are periodically undertaken as part of the safety case for the facilities.As a first step, we have studied monitoring data uncertainties propagation through the models, in order to quantify the information brought by the water content measurement. We have also addressed the effects of these uncertainties on the extrapolations to the end of the structure lifetime. In a second phase, we have proposed a delayed deformation monitoring model including water content as an explanatory variable and based on a linear dependence with strains. This approach has been validated with data from the VeRCoRs mock up.Then, we sought to estimate more accurately the metrological requirement to qualify in-situ measurement systems for concrete water content. To do this, we used the Monte Carlo method to simulate the propagation of measurement uncertainties, by comparing the performances of the model that we proposed with those of a more conventional engineering approach.

[pt] A contaminação de solos por hidrocarbonetos é uma real preocupação ambiental em muitas partes do mundo devido a crescente dependência econômica dos derivados do petróleo, principalmente os combustíveis fósseis que estão frequentemente sujeitos a vazamentos e derramamentos acidentais. Estudos capazes de entender os mecanismos de biodegradação dos componentes da gasolina no solo não saturado se fazem necessários, pois auxiliam no processo de tomada de decisões em relação ao gerenciamento e controle da propagação em subsuperfície. No Brasil, o etanol é utilizado como aditivo oxigenado à gasolina e alguns autores sugerem para solo saturado que, por ser mais degradável, ele atrasa a degradação dos outros componentes mais tóxicos desse combustível. O trabalho anterior realizado por esse grupo de pesquisa para solo não saturado obteve conclusões semelhantes às já constatadas para solo saturado. No entanto, os mecanismos de degradação na zona não saturada ainda foram pouco estudados e compreendidos. Este estudo tem como objetivo analisar a degradação do contaminante em blocos não saturados indeformados de solo arenoso e siltoso, oriundos do município de Duque de Caxias – RJ, submetidos a um pulso de contaminante. Dois blocos, um arenoso (BA) e outro argiloso (BS), foram contaminados pela solução de dois porcento de Benzeno, quatro porcento de Tolueno em Heptano (BT); outros dois blocos, também um arenoso (EA) e outro argiloso (ES), foram submetidos à mesma solução adicionados etanol a vinte porcento (BTE). Foram realizados ensaios com a finalidade de monitorar a atividade degradadora total do meio, carbono disponível, perfil metabólico da microbiota, concentração dos contaminantes, além de medições da umidade volumétrica através do uso do Time Domain Reflectometer (TDR). A atividade microbiana inicial, antes da contaminação, apresentou valores baixos. Logo após a contaminação dos blocos, àqueles sujeitos a etanol apresentaram ausência de atividade enquanto os sujeitos apenas à mistura BT mostraram um aumento, contrariando as expectativas. As atividades microbianas oscilaram ao longo de todo o experimento o que pode indicar uma adaptação da microbiota às novas condições do meio. Com base nos resultados dos ensaios e monitoramentos realizados, podemos sugerir que o principal fator determinante para alteração da atividade foi à composição do solo. O contaminante não exerceu a influência esperada e vista nos estudos anteriores. / [en] The soil contamination by hydrocarbons is a real environmental concern in many parts of the world due to growing economic dependence on petroleum, mostly fossil fuels are often subject to leaks and accidental spills. Studies able to understand the mechanisms of biodegradation of gasoline components in unsaturated soil are necessary because they help in making decisions regarding the management and control of the propagation process in the subsurface. In Brazil, ethanol is used as an oxygenate gasoline additive and some authors suggest that for saturated soils, being more degradable, it delays the degradation of other more toxic components of this fuel. The previous study by this research group to unsaturated soil obtained similar results to those already observed for saturated soil. However, the mechanism of degradation in the unsaturated zone have few studies. This study aims to analyze the degradation mechanisms of the contaminant in unsaturated blocks of sand and silt soil from the city of Duque de Caxias - RJ, subjected to a pulse of contaminant. Two blocks, one sandy (BA) and silty (BS), were contaminated by two percent solution of benzene, four percent toluene in heptane (BT); other two blocks, also sandy (EA) and silty (ES), underwent the same solution added to twenty percent ethanol (BTE). Analyzes were performed to monitor the overall activity of the degrading medium, available carbon, the microbiota metabolic profile, concentration of the contaminants were performed as well as measurements of the water content through the use of Time Domain Reflectometer (TDR). The initial microbial activity before the contamination, showed low values. Soon after contamination of the blocks, those subjected to ethanol showed no activity while subject to BT mixture showed an increase, contrary to expectations. Microbial activities ranged throughout the experiment which may indicate an adaptation of microbes to new environmental conditions. Based on the results of testing and monitoring conducted, we suggest that the main determinant for changing the activity factor was the composition of the soil. The contaminant did not exert the expected influence and seen in previous studies