FREIRE, Alcione Guimarães. Estimativa de parâmetros hidráulicos do solo utilizando tensiometria com alguns sistemas de leitura. 2016. 50 f. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Aline Mendes (alinemendes.ufc@gmail.com) on 2016-09-09T20:46:45Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_agfreire.pdf: 1060345 bytes, checksum: 1c685a42901a277276a36f72b8bdc7c0 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2016-09-28T17:13:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_agfreire.pdf: 1060345 bytes, checksum: 1c685a42901a277276a36f72b8bdc7c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-28T17:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_agfreire.pdf: 1060345 bytes, checksum: 1c685a42901a277276a36f72b8bdc7c0 (MD5) Previous issue date: 2016 / Soil solution drainage is monitored by means of instruments able to measure the potential energy of the solution due to the forces of the soil matrix adhesion. Therefore, the tensiometer has emerged as an excellent tool for directly measuring the water energy in the soil and allowing in situ measurements. The objective of this research was to determine the equilibrium time after needle insertion when using the tensiometer with digital tensimeter, measure two systems alternative to the mercury manometer for the measurement of soil water matric potential and check its implications on the estimates of soil moisture, soil water flux density and hydraulic conductivity as a function of moisture. Moreover, the objective was to compare the soil hydraulic parameters obtained by inverse modeling using the Hydrus-1D model, from the matrix potentials for each reading system. The experiment was conducted in the same arrangement to determine the hydraulic conductivity through the instantaneous hydraulic profile method. Tensiometers were installed at depths of 0.20, 0.35 and 0.50 m for each reading system, with six replicates. Data were analyzed using tests of coefficients of the line and statistical indices, considering the Hg manometer as the standard method. It follows that the reading of the tensiometer with digital tensimeter must be performed within 30 seconds after needle insertion in the tube; the Bourdon gauge can replace the Hg manometer in the measurement of the soil water matric potential in the moisture range from saturation to field capacity; alternative systems lead to underestimation of the flux density and hydraulic conductivity as a function of moisture and overestimation of the hydraulic gradient; therefore, they are not suitable for the estimation of these hydraulic parameters; the tensiometer reading systems converge in the estimation of hydraulic parameters by inverse modeling. / O monitoramento da drenagem da solução no solo é realizado por meio de instrumentos capazes de medir a energia potencial da solução devida às forças de aderência à matriz do solo. Para tanto, o tensiômetro tem se apresentado como um excelente instrumento, por medir essa energia da água no solo diretamente e possibilitar medições in situ. O objetivo desta pesquisa foi determinar o tempo de equilíbrio após a inserção da agulha quando do uso do tensiômetro com tensímetro digital; aferir dois sistemas alternativos ao manômetro de mercúrio para a quantificação do potencial matricial da água no solo e verificar suas implicações nas estimativas da umidade do solo, da densidade de fluxo de água no solo e da condutividade hidráulica em função da umidade. Além disso, objetivou-se comparar os parâmetros hidráulicos do solo, obtidos por modelagem inversa utilizando o modelo Hydrus-1D, a partir dos potenciais matriciais por cada sistema de leitura. O experimento foi realizado nos moldes para a determinação da condutividade hidráulica pelo método do perfil hidráulico instantâneo. Foram instalados tensiômetros nas profundidades de 0,20; 0,35 e 0,50 m para cada sistema de leitura, com seis repetições. Os dados foram analisados por meio de testes de coeficientes de retas e índices estatísticos, considerando-se o manômetro de Hg como método padrão. Conclui-se que a leitura do tensiômetro com tensímetro digital deve ser realizada em 30 segundos após a inserção da agulha na câmara de ar; o vacuômetro de Bourdon pode substituir o manômetro de Hg na medida do potencial matricial da água no solo na faixa de umidade desde a saturação até a capacidade de campo; os sistemas alternativos levam à subestimativa da densidade de fluxo e da condutividade hidráulica em função da umidade e superestimativa do gradiente hidráulico, sendo, portanto, não indicados para a estimativa desses parâmetros hidráulicos; os sistemas de leitura do tensiômetro convergem na estimativa de parâmetros hidráulicos por modelagem inversa.

FERNANDES, Maria Aparecida Belém. Análise estatística R-modal e modelo geoquímico inverso no estudo da qualidade da água subterrânea na região metropolitana de Fortaleza-CE. 2007. 120 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-22T20:31:47Z No. of bitstreams: 1 2007_tese_mabfernandes.pdf: 2050427 bytes, checksum: d7ab0f06c9e87759b71376e8182a2efb (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-22T20:32:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_tese_mabfernandes.pdf: 2050427 bytes, checksum: d7ab0f06c9e87759b71376e8182a2efb (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-22T20:32:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_tese_mabfernandes.pdf: 2050427 bytes, checksum: d7ab0f06c9e87759b71376e8182a2efb (MD5) Previous issue date: 2007 / Análises hidroquímicas de 250 amostras de águas subterrâneas armazenadas em Dunas, Paleodunas, Formação Barreiras e Complexo Migmatítico em áreas estratégicas da Região Metropolitana de Fortaleza, foram analisadas sob o aspecto de qualidade, origem dos sais e processos de salinização. Os resultados mostram que em relação aos limites de potabilidade, 73% dos poços explotam água potáveis quanto à concentração dos cloretos, 86% pela concentração de nitrato e 82% pelos Sólidos Totais Dissolvidos. Diagramas de Piper e de Durov Expandido foram utilizados para classificar as águas quanto à predominância dos íons sendo possível também identificar a sua origem. Para obter resultados mais significativos sobre a origem, foi usada a Análise Fatorial, que revelou que na maioria das áreas, o fator dominante (Fator 1) representa os aerossóis de origem marinha, compostos, principalmente, por cloreto de sódio. A Modelagem Geoquímica Inversa com o aplicativo PHREEQC identificou processos internos em cada um dos sistemas aqüíferos, mostrando que as concentrações iônicas das águas analisadas variam localmente numa dependência com a litologia, sendo a dissolução e/ou precipitação dos minerais carbonato de cálcio, carbonato de cálcio e magnésio, silvita, gibbsita, sulfato de cálcio e contribuição dos aerossóis de origem marinha, os processos geoquímicos predominantes. Processos de troca catiônica, dos tipos CaX2, MgX2, NaX e KX foram freqüentemente identificados nas águas nos diferentes tipos de armazenamento. No Complexo Migmatítico, as concentrações iônicas das águas são influenciadas pela presença de aluminossilicatos com dissolução ou com precipitação de biotita, Na-montmorilonita, caulinita e Ca-montmorilonita.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / AnÃlises hidroquÃmicas de 250 amostras de Ãguas subterrÃneas armazenadas em Dunas, Paleodunas, FormaÃÃo Barreiras e Complexo MigmatÃtico em Ãreas estratÃgicas da RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, foram analisadas sob o aspecto de qualidade, origem dos sais e processos de salinizaÃÃo. Os resultados mostram que em relaÃÃo aos limites de potabilidade, 73% dos poÃos explotam Ãgua potÃveis quanto à concentraÃÃo dos cloretos, 86% pela concentraÃÃo de nitrato e 82% pelos SÃlidos Totais Dissolvidos. Diagramas de Piper e de Durov Expandido foram utilizados para classificar as Ãguas quanto à predominÃncia dos Ãons sendo possÃvel tambÃm identificar a sua origem. Para obter resultados mais significativos sobre a origem, foi usada a AnÃlise Fatorial, que revelou que na maioria das Ãreas, o fator dominante (Fator 1) representa os aerossÃis de origem marinha, compostos, principalmente, por cloreto de sÃdio. A Modelagem GeoquÃmica Inversa com o aplicativo PHREEQC identificou processos internos em cada um dos sistemas aqÃÃferos, mostrando que as concentraÃÃes iÃnicas das Ãguas analisadas variam localmente numa dependÃncia com a litologia, sendo a dissoluÃÃo e/ou precipitaÃÃo dos minerais carbonato de cÃlcio, carbonato de cÃlcio e magnÃsio, silvita, gibbsita, sulfato de cÃlcio e contribuiÃÃo dos aerossÃis de origem marinha, os processos geoquÃmicos predominantes. Processos de troca catiÃnica, dos tipos CaX2, MgX2, NaX e KX foram freqÃentemente identificados nas Ãguas nos diferentes tipos de armazenamento. No Complexo MigmatÃtico, as concentraÃÃes iÃnicas das Ãguas sÃo influenciadas pela presenÃa de aluminossilicatos com dissoluÃÃo ou com precipitaÃÃo de biotita, Na-montmorilonita, caulinita e Ca-montmorilonita. / AnÃlises hidroquÃmicas de 250 amostras de Ãguas subterrÃneas armazenadas em Dunas, Paleodunas, FormaÃÃo Barreiras e Complexo MigmatÃtico em Ãreas estratÃgicas da RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, foram analisadas sob o aspecto de qualidade, origem dos sais e processos de salinizaÃÃo. Os resultados mostram que em relaÃÃo aos limites de potabilidade, 73% dos poÃos explotam Ãgua potÃveis quanto à concentraÃÃo dos cloretos, 86% pela concentraÃÃo de nitrato e 82% pelos SÃlidos Totais Dissolvidos. Diagramas de Piper e de Durov Expandido foram utilizados para classificar as Ãguas quanto à predominÃncia dos Ãons sendo possÃvel tambÃm identificar a sua origem. Para obter resultados mais significativos sobre a origem, foi usada a AnÃlise Fatorial, que revelou que na maioria das Ãreas, o fator dominante (Fator 1) representa os aerossÃis de origem marinha, compostos, principalmente, por cloreto de sÃdio. A Modelagem GeoquÃmica Inversa com o aplicativo PHREEQC identificou processos internos em cada um dos sistemas aqÃÃferos, mostrando que as concentraÃÃes iÃnicas das Ãguas analisadas variam localmente numa dependÃncia com a litologia, sendo a dissoluÃÃo e/ou precipitaÃÃo dos minerais carbonato de cÃlcio, carbonato de cÃlcio e magnÃsio, silvita, gibbsita, sulfato de cÃlcio e contribuiÃÃo dos aerossÃis de origem marinha, os processos geoquÃmicos predominantes. Processos de troca catiÃnica, dos tipos CaX2, MgX2, NaX e KX foram freqÃentemente identificados nas Ãguas nos diferentes tipos de armazenamento. No Complexo MigmatÃtico, as concentraÃÃes iÃnicas das Ãguas sÃo influenciadas pela presenÃa de aluminossilicatos com dissoluÃÃo ou com precipitaÃÃo de biotita, Na-montmorilonita, caulinita e Ca-montmorilonita.

Modelos matemáticos são comumente utilizados no estudo da dinâmica da água no solo não-saturado. A principal equação para se quantificar esta dinâmica é a equação diferencial de Richards. Sua solução direta é impossível na maioria dos casos, necessitando de métodos numéricos, dos quais se destaca a utilização das funções de condutividade e de retenção de água de Van Genuchten - Mualem para obtenção da solução numérica. Diante disto, o objetivo deste trabalho foi apresentar um novo método para a obtenção dos parâmetros de Van Genuchten - Mualem, que utiliza a modelagem inversa de dados de teores de água medidos periodicamente e obtidos por experimento de evaporação assistido por atenuação de radiação gama, para a modelagem inversa foi utilizado o software Hydrus-1D. O método foi testado em amostras com diferentes texturas, colhidas em 11 localidades na região de Piracicaba-SP. Dos conjuntos de exemplares analisados, apenas um apresentou resultado insatisfatório, concluindo que o método é válido / Mathematical models are commonly used in studies of water dynamics in unsaturated soil. The main equation to quantify water the dynamics is the differential Richards equation. Its analytical solution is impossible in almost all cases, requiring numerical methods, among which the Van Genuchten - Mualem water conductivity and water retention functions are frequently used to obtain the numerical solution. The objective of this work is to present a new method to obtain the Van Genuchten - Mualem parameters, using the inverse modeling of water content data measured periodically by gamma radiation attenuation in evaporating samples. Hydrus-1D software was used for the inverse modeling. The method was tested in samples with different textures, collected in 11 locations in the region of Piracicaba, state of São Paulo, Brazil. Of the sets of samples analyzed, only one presented an unsatisfactory result, concluding that the method is valid

Modelos matemáticos são comumente utilizados no estudo da dinâmica da água no solo não-saturado. A principal equação para se quantificar esta dinâmica é a equação diferencial de Richards. Sua solução direta é impossível na maioria dos casos, necessitando de métodos numéricos, dos quais se destaca a utilização das funções de condutividade e de retenção de água de Van Genuchten - Mualem para obtenção da solução numérica. Diante disto, o objetivo deste trabalho foi apresentar um novo método para a obtenção dos parâmetros de Van Genuchten - Mualem, que utiliza a modelagem inversa de dados de teores de água medidos periodicamente e obtidos por experimento de evaporação assistido por atenuação de radiação gama, para a modelagem inversa foi utilizado o software Hydrus-1D. O método foi testado em amostras com diferentes texturas, colhidas em 11 localidades na região de Piracicaba-SP. Dos conjuntos de exemplares analisados, apenas um apresentou resultado insatisfatório, concluindo que o método é válido / Mathematical models are commonly used in studies of water dynamics in unsaturated soil. The main equation to quantify water the dynamics is the differential Richards equation. Its analytical solution is impossible in almost all cases, requiring numerical methods, among which the Van Genuchten - Mualem water conductivity and water retention functions are frequently used to obtain the numerical solution. The objective of this work is to present a new method to obtain the Van Genuchten - Mualem parameters, using the inverse modeling of water content data measured periodically by gamma radiation attenuation in evaporating samples. Hydrus-1D software was used for the inverse modeling. The method was tested in samples with different textures, collected in 11 locations in the region of Piracicaba, state of São Paulo, Brazil. Of the sets of samples analyzed, only one presented an unsatisfactory result, concluding that the method is valid

[pt] A análise de fluxo de água sob condição transiente não saturada requer o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo. Essas relações constitutivas, denominadas curva característica e função de condutividade hidráulica, são descritas através de modelos empíricos que geralmente possuem vários parâmetros que devem ser calibrados com relação a dados coletados. Muitos dos parâmetros nos modelos constitutivos não podem ser medidos diretamente em campo ou laboratório, mas somente podem ser inferidos de forma significativa a partir de dados coletados e da modelagem inversa. Para obter os parâmetros do solo com a análise inversa, um algoritmo de otimização de busca local ou global pode ser aplicado. As otimizações globais são mais capazes de encontrar parâmetros ótimos, no entanto, a solução direta, por meio da modelagem numérica é computacionalmente custosa. Portanto, soluções analíticas (modelo substituto) podem superar essa falha acelerando o processo de otimização. Nesta dissertação, apresentamos a Regressão Polinomial Evolucionária (EPR) como uma ferramenta para desenvolver modelos substitutos do fluxo não saturado. Um rico conjunto de dados de parâmetros hidráulicos do solo é usado para calibrar o nosso modelo, e dados do mundo real são utilizados para validar nossa metodologia. Nossos resultados demonstram que o modelo da EPR prevê com precisão os dados de carga de pressão. As simulações do modelo se mostram concordantes com as simulações do programa Hydrus. / [en] Water flow analyses under transient soil hydraulic conditions require knowledge of the soil hydraulic properties. These constitutive relationships, named soil-water characteristic curve (SWCC) and hydraulic conductivity function (HCF) are described through empirical models which generally have several parameters that must be calibrated against collected data. Many of the parameters in SWCC and HCF models cannot be directly measured in field or laboratory but can only be meaningfully inferred from collected data and inverse modeling. In order to obtain the soil parameters with the inverse process, a local or global optimization algorithm may be applied. Global optimizations are more capable of fiding optimum parameters, however the direct solution through numerical modeling are time consuming. Therefore, analytical solutions (surrogate models) may overcome this shortcomming by accelerating the optimization process. In this work we introduce Evolutionary Polynomial Regression (EPR) as a tool to develop surrogate models of the physically-based unsaturated flow. A rich dataset of soil hydraulic parameters is used to calibrate our surrogate model, and real-world data are then utilized to validate our methodology. Our results demonstrate that the EPR model predicts accurately the observed pressure head data. The model simulations are shown to be in good agreement with the Hydrus software package.