Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-03-10T14:51:47Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3086596 bytes, checksum: e5d76ab9a5012dbfd8871cecf53abe9f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T14:51:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3086596 bytes, checksum: e5d76ab9a5012dbfd8871cecf53abe9f (MD5) Previous issue date: 2005-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O conhecimento do processo de infiltração da água no solo é de extrema importância para diversas áreas da engenharia de conservação de água e solo. O modelo de Green-Ampt-Mein-Larson (GAML) é um dos mais utilizados para a simular a infiltração por ser relativamente simples e por vir apresentando bons resultados na estimativa do processo. Todavia, a difícil determinação dos parâmetros de entrada de GAML e o fato destes parâmetros não representarem efetivamente as condições reais de ocorrência da infiltração ainda dificultam sua aplicação. O presente trabalho teve o objetivo de melhorar a estimativa da infiltração de água no solo, considerando, para tal, duas vertentes distintas e independentes: uma baseada em uma análise físico- matemática mais detalhada do processo de infiltração e do deslocamento da frente de umedecimento pelo perfil do solo; e outra baseada em simples adequações dos parâmetros de entrada de GAML. Desenvolveu-se um novo modelo para a estimativa da infiltração de água no solo (GAML-c), fundamentado no GAML, baseando-se numa descrição mais aproximada da geometria e do deslocamento da frente de umedecimento. O GAML-c realiza uma discretização do teor de água para o qual o solo é umedecido quando da ocorrência do processo de infiltração, simulando o deslocamento simultâneo de diversas sub-frentes de umedecimento pelo perfil do solo. Paralelamente, propôs-se, também, a adequação dos parâmetros de entrada de GAML, a saber: substituir o teor de água do solo na saturação (θ s ) pelo teor de água na zona de transmissão (θ w ); substituir a condutividade hidráulica do solo saturado (K 0 ) pela taxa de infiltração estável (Tie); e calcular o potencial matricial na frente de umedecimento (ψ f ) por meio de uma equação baseada na condutividade hidráulica relativa aos teores de água inicial do solo (θ i ) e da zona de transmissão, e dos parâmetros pressão de borbulhamento (ψ b ) e índice de distribuição do tamanho de poros (λ), oriundos do ajuste da curva de retenção de água no solo feito pelo o modelo de Brooks & Corey. O conjunto de adequações propostas foi denominado GAML-t, não tendo qualquer relação com o procedimento GAML-c. Testes experimentais foram realizados em laboratório a fim de determinar a infiltração em três diferentes classes de solo: Argissolo Vermelho (PV), Latossolo Vermelho (LV) e Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA). Avaliou-se o desempenho de GAML-c e de GAML-t, comparando-os com o modelo de GAML aplicado em sua forma original e também adequado segundo cinco diferentes propostas. O GAML-c foi avaliado considerando quatro diferentes cenários, relativos à consideração dos parâmetros de entrada K 0 e θ w : K 0 igual à Tie e θ w experimental (TW); K 0 determinado pelo permeâmetro de carga constante e θ w experimental (KW); K 0 igual à Tie e θ w igual a θ s (TS); e K 0 determinado pelo permeâmetro de carga constante e θ w igual à θ s (KS). Verificou-se que o GAML-c aplicado utilizando-se os parâmetros da simulação TW foi capaz de estimar o perfil de umidade do solo, provendo estimativas de infiltração aceitáveis em todos os tipos de solo estudados; mas ainda necessitando de ajustes. O GAML-t foi capaz de prover boas estimativas da infiltração de água em todos os solos estudados, sendo recomendado para aplicação na estimativa de infiltração. / Knowledge of water infiltration process is extremely important to many areas of Soil and Water Conservation Engineering. Gren-Ampt-Mein-Larson infiltration model (GAML) is one of the models that are most used to predict infiltration process because of its relative simplicity and encouraging results. However, the major obstacle in using GAML model is not just due to the difficulties in estimating it's parameters, but also due to the fact these parameters do not represent field infiltration conditions. This study have had the objective of give better alternatives in predicting infiltration process, considering two different ways: one based on a most detailed physical-mathematical analysis of the infiltration process and of the wetting front movement through the soil profile; and other one based on simple modifications of GAML model parameters. It was developed a new model to simulate infiltration process (GAML-c) that is based on GAML model, and that provides a better description of the wetting front geometry and displacement through the soil profile. GAML-c model simulates the simultaneous displacement of many sub-wetting fronts through the soil profile. It was also proposed the following modifications in GAML model parameters: replace the saturation moisture content parameter (θ s ) with the "filed saturation" moisture content (θ w ); replace the saturated hydraulic conductivity parameter (K 0 ) with the infiltration rate after long time of wetting (Tie); and calculate wetting front suction head (ψ f ) by the use of an equation that makes use of relative hydraulic conductivity in the initial soil moisture (θ i ) and "field saturation" moisture, and also of Brooks & Corey bubbling pressure and pore-size distribution index parameters. These three modifications were called GAML-t and do not have any relation to GAML-c model. Experimental infiltration tests were conduced at laboratory using three different soil types: Red Ultisol (PV), Red Oxisol (LV) and Red-Yellow Oxisol (LVA). The performances of GAML-c model and GAML-t modifications were evaluated and compared to the performances of GAML model applied with its original and modified parameters. Five different ways of modify GAML parameters were used. GAML-c was evaluated using four different scenarios: considering K 0 equals to Tie and the maximum soil moisture equals to θ w (TW); considering K 0 value determined by constant-head permeameter method and the maximum soil moisture equals to θ w (KW); considering K 0 equals to Tie and the maximum soil moisture equals to θ s (TS); and considering K 0 value determined by constant-head permeameter method and the maximum soil moisture equals to θ s (KS). It was verified that GAML-c model applied using TW scenario was able to simulate soil water profile, giving acceptable prediction of infiltration to the three soil types. However, GAML-c still needs better development. GAML-t was able to give very good predictions of infiltration to the three soil types, being strongly suggested to simulate infiltration process. / Tese importada do Alexandria

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-03-09T14:21:34Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 768607 bytes, checksum: 53e3ec1372f6119b7d22f36cd39f49bd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T14:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 768607 bytes, checksum: 53e3ec1372f6119b7d22f36cd39f49bd (MD5) Previous issue date: 2005-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Infiltração é o processo pelo qual a água passa da superfície para o interior do solo, sendo dependente da carga hidráulica na superfície, do teor de água inicial, da textura, da estrutura, da condutividade hidráulica e da porosidade do solo. Diversos modelos se propõem a estimar este processo, dentre os quais se destaca o de Green-Ampt modificado por Mein e Larson (GAML), baseado numa análise física do processo. Embora seja bastante utilizado, este modelo apresenta como desvantagem a dificuldade de obtenção de seus parâmetros de entrada, principalmente do potencial matricial na frente de umedecimento ( ψ m ). Assim sendo, este trabalho teve como objetivos: obter as variáveis necessárias à estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento, utilizando-se para tal o modelo de Green-Ampt modificado por Mein e Larson, e estabelecer modelo matemático que relacione o potencial matricial na frente de umedecimento com as características físicas e a condutividade hidráulica do solo saturado, para sua aplicação no modelo de Green-Ampt modificado por Mein e Larson. Foram utilizadas três classes de solos (Latossolo Vermelho - Amarelo – LVA; Latossolo Vermelho – LV; e Argissolo Vermelho – PV). Estes solos foram secos ao ar, destorroados e peneirados em peneira de malha 10 mm, sendo posteriormente acondicionados em colunas de PVC de 200 mm de diâmetro e 800 mm de altura, de modo que a densidade do solo ficasse próxima daquela observada em campo. Na lateral das colunas, foram instaladas horizontalmente sondas de TDR para a determinação do teor de água e para o acompanhamento da frente de umedecimento. Aplicou-se água sobre a superfície das colunas sob taxa constante, por meio de um simulador de chuvas, sendo que o excesso escoado superficialmente foi conduzido para uma caixa de coleta na qual foi instalado um medidor de nível denominado Thalimedes. O volume infiltrado foi determinado por diferença entre o volume precipitado e o escoado. Após a realização dos testes, foram coletadas amostras de solo para determinação da granulometria, densidade do solo, porosidade, macroporosidade e microporosidade. Foram determinados, ainda, os teores volumétricos de água na zona de transmissão e no início do processo e a condutividade hidráulica do solo saturado. O potencial matricial foi calculado por intermédio de um rearranjo no modelo de GAML, considerando a taxa de infiltração estável (Tie) como representativa da condutividade hidráulica do solo saturado e o teor volumétrico de água na zona de transmissão em lugar do teor volumétrico de água correspondente à saturação. De posse dos valores de ψ m e das características do solo, foram ajustados modelos de regressão, sendo a escolha do melhor modelo feita por meio dos coeficientes de determinação (R 2 ), pela significância dos parâmetros no modelo, pelo menor número de variáveis envolvidas e pela facilidade de obtenção dessas variáveis (características do solo). Os valores de condutividade hidráulica do solo saturado, de porcentagem de silte e de macroporosidade foram significativos em todos os modelos nos quais foram utilizados. A Tie não foi significativa em nenhum dos modelos. Todas as equações obtidas utilizando-se a porcentagem de silte em combinação com outras variáveis apresentaram bons resultados na modelagem do ψ m , sendo que, os melhores resultados foram obtidos para o modelo que relaciona o ψ m com a porosidade, a condutividade hidráulica do solo saturado e a porcentagem de silte. / Infiltration is the process by which water passes through the soil surface down to the soil, being dependent on hydraulic load in the surface, on the antecedent moisture, on texture, structure, soil hydraulic conductivity and soil porosity. Several models aim to estimate this process, among which the Green-Ampt modified by Mein and Larson (GAML) model is based on a physical analysis of the process. Although it is frequently used, this model has a limitation for obtaining input parameters, such as the potential head at the wetting front ( ψ m ). This work aimed to obtain the ψ m for GAML model for soils typical of tropical areas, using three classes of soils (Red-Yellow Oxisol, Red Ultisol and Red Oxisol). These soils were air-dried, ground and sieved through 10 mm mesh sieve, placed in PVC columns of 200 mm diameter and 800 mm height, so that the soil density was similar to the field. In the lateral of the columns, horizontal TDR probes were installed for the moisture determination and for the monitoring of the wetting front. The water was applied to the surface of the columns at a constant rate by means of a rain simulator device and the excess drained superficially, was collected and measured in a box using a “Thalimedes” device. The infiltrated volume was calculated by the difference among the precipitate volume and the runoff. After the tests, soil samples were collected for determination of the texture, soil density, porosity, macroporosity, microporosity, volumetric moisture (before and after the tests) and soil hydraulic conductivity. The pressure head at the wetting front was calculated through an adjustment in the GAML model, considering the rate of stable infiltration (Tie) as representative of the hydraulic conductivity, and the transmission zone moisture instead of the moisture saturation. Once having the ψ m values and soil characteristics, regression models were adjusted, choosing the best fit by R 2 , significance of parameters, less number of variables and easy of obtaining soil variables. The soil hydraulic conductivity values, percentage of silt and macroporosity were all significant for all equations. Tie was not significant in none of the equations. All the obtained equations using the amount of silt in combination with another variable showed good results in the ψ m modeling. The best fitted equation was the one which related the ψ m with the porosity, the soil hydraulic conductivity and the percentage of silt. / Dissertação importada do Alexandria