Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiano.pdf: 1521067 bytes, checksum: 8be179f3b8b51910029f0a61831b2fc6 (MD5) Previous issue date: 2016-04-07 / Urbanization and the disorderly occupation of cities have created many environmental problems, ranging from floods to climate change in large urban centers. Among the causes of these occurrences is mainly soil sealing in cities, that occurs by interference and man's need to use more space. The more waterproofed the surface of urban areas, higher runoff, and this, in turn, due to the adopted public politics and the lack of planning, are transferred to adjacent watersheds, causing, these problems such as floods and silting of rivers. The impermeabilized surfaces end up affording a smaller charge of watersheds, transferring to other river basins the amount of water that it should be restored in the region, that way impair the recovery of the basins where the percolations occur. This study is a comparison between two existing technologies in commercially known market as "paver" and "draining floor", and point which of these can help in the recovery of watersheds and, consequently, reduce the problems caused by surface runoff in urban areas. To reach the result precipitations were simulated using a sprinkler infiltrometer in intensities corresponding to 45mm.h-1, 60mm.h-1 and 90mm.h-1, and occurred in lysimeters where the coverages match the public walks characteristics using the technologies to be analyzed as ground cover. This experiment showed that the permeable concrete parts (draining floor) and concrete parts gaskets extended (paver) has percolation rate likened to grass cover and thus can be used as technologies for water infiltration into the soil aiding in the recovery of watersheds in urban areas / A urbanização e a ocupação desordenada das cidades criaram diversos problemas ambientais, que vão desde enchentes até alterações climáticas nos grandes centros urbanos. Entre as causas destas ocorrências está, principalmente, a impermeabilização dos solos nas cidades, que ocorre pela interferência e necessidade do homem em utilizar mais espaço. Quanto mais impermeabilizada a superfície das regiões urbanas, maior o escoamento superficial, e este, por sua vez, devido às políticas públicas adotadas e à falta de planejamento, são transferidos para bacias adjacentes, trazendo problemas a estas, como enchentes e assoreamentos dos rios. As superfícies impermeabilizadas acabam proporcionando uma menor recarga das bacias hidrográficas, transferindo para outras bacias a quantidade de água que deveria ser reposta naquela região, desta forma prejudicam a recuperação das bacias onde ocorrem as percolações. O presente estudo faz um comparativo entre duas tecnologias existentes no mercado comercialmente conhecidos como paver e o piso drenante , e apontará qual destas pode auxiliar na recuperação das bacias hidrográficas e, consequentemente, reduzir os problemas causados pelo escoamento superficial nas regiões urbanas. Para chegar ao resultado foram simuladas precipitações utilizando um infiltrômetro de aspersão em intensidades correspondentes à 45 mm.h-1, 60 mm.h-1 e 90 mm.h-1, e ocorreram em lisímetros onde as coberturas correspondem as características de passeios públicos utilizando as tecnologias a serem analisadas como cobertura de solo. Este experimento apontou que as peças de concreto permeável (piso drenante) e as peças de concreto com juntas alargadas (paver) têm taxa de percolação assemelhada a cobertura de grama e desta forma podem ser utilizadas como tecnologias para infiltração de água no solo auxiliando na recuperação das bacias hidrográficas das zonas urbanas.

Numerical models are becoming fundamental tools to predict a range of complex problems faced by geotechnical and geo-environmental engineers. However, to render the model reliable for future predictions, the model input parameters must be determined with consideration of the scale effects. If there is a difference of scales between the observation and the model scales there are two possible ways to consider it: or models are constructed with elements of a size similar to that at which the data were measured, or some upscaling rules must be defined. In this context, this thesis focuses on upscaling of water flow and mass transport in a tropical soil by means of numerical, laboratory and field studies. This thesis is organized in four parts. First, the heterogeneity, correlation and cross-correlation between solute transport parameters (dispersivity, α, and partition coefficient, Kd) and soil properties are studied in detail. In this part, it is verified that the hydraulic conductivity (K) and solute transport parameters are highly heterogeneous, while soil properties are not. Spatial correlation of α, K, and statistically significant variables are studied, and it would probably improve the estimation only in a small-scale study, since the spatial correlation are only observed up to 2.5 m. This study is a first attempt to evaluate the spatial variation in the correlation coefficient of transport parameters of a reactive and a nonreactive solute, indicating the more relevant variables and the one that should be included in future studies. In the second part, scale effect on K, dispersivity and partition coefficient of potassium and chloride are studied experimentally by means of laboratory and field experiments. The purpose is to contribute to the discussion about scale effects on K, α and Kd and understanding how these parameters behave with the change in the scale of measurement. Results show that K values increases with scale, regardless of the method of measurement, except for the results obtained from double-ring infiltrometer tests. Dispersivity trends to increase exponentially with the sample height. Partition coefficient tends to increase with sample length, diameter and volume. These differences in the parameters according to the scale of measurement must be considered when these observations are later used as input to numerical models, otherwise the responses can be misrepresented. Third, stochastic analysis of three-dimensional hydraulic conductivity upscaling is performed using a simple average and the Laplacian-with-skin methods for a variety of block sizes based on real K measurements. In this part it is demonstrated the errors that can be introduced by using a deterministic upscaling using simple averages of the measured K without accounting for the spatial correlation. Results show that K heterogeneity can be incorporated in the daily practice of the geotechnical modeler. The aspects to consider when performing the upscaling are also discussed. Finally, the dependence of the exponent of the p-norm as a function of the block size is analyzed. In the last part, stochastic upscaling of hydrodynamic dispersion coefficient (D) and retardation factor (R) is performed using real data aiming to reduce the lack in experimental upscaling of reactive solute transport research. The enhanced macrodispersion coefficient approach is used to upscale the local scale hydrodynamic dispersion (D) and, as a novelty, the impact of heterogeneity of local dispersivity is also taken into account. To upscale retardation factor (R), a p-norm is used to compute an equivalent R. Uncertainty analyses are also performed and a good propagation of the uncertainties is achieved after upscaling. Simple upscaling methods can be incorporated to the modeling practice using commercial transport codes and properly reproduce de transport at coarse scale but may require corrections to reduce smoothing of the heterogeneity caused by the upscaling procedure. / Modelos numéricos estão se tornando ferramentas fundamentais para prever uma série de problemas complexos enfrentados por engenheiros geotécnicos e geoambientais. No entanto, para que o modelo seja confiável para previsões futuras, seus parâmetros de entrada devem ser determinados com a consideração do efeito da escala. Se há uma diferença de escalas entre a escala da observação e a escala do modelo, existem duas maneiras possíveis de considerá-la: ou constrói-se modelos com elementos de tamanhos semelhantes àqueles em que os dados foram medidos, ou definem-se algumas regras de mudança de escala. Neste contexto, esta tese enfoca a mudança de escala do fluxo de água e do transporte de massa em um solo tropical, por meio de estudos numéricos, laboratoriais e de campo. Esta tese é organizada em quatro partes. Em primeiro lugar, estudou-se em detalhe a heterogeneidade, a correlação e a correlação cruzada entre os parâmetros de transporte de soluto (dispersividade, α, e coeficiente de partição, Kd) e as propriedades do solo. Nesta parte, verificou-se que a condutividade hidráulica (K) e os parâmetros de transporte de soluto são altamente heterogêneos, enquanto as propriedades do solo não o são. A correlação espacial de α, K e das variáveis estatisticamente significativas foi estudada, e, provavelmente, melhoraria a estimativa apenas em um estudo em pequena escala, uma vez que a correlação espacial só foi observada até 2,5 m. Este estudo foi uma primeira tentativa de avaliar a variação espacial no coeficiente de correlação dos parâmetros de transporte de um soluto reativo e não-reativo, indicando as variáveis mais relevantes e as que devem ser incluídas em estudos futuros. Na segunda parte, o efeito de escala em K, na dispersividade e no coeficiente de partição de potássio e cloreto é estudado experimentalmente por meio de ensaios laboratoriais e de campo. O objetivo foi contribuir com a discussão sobre os efeitos de escala em K, α e Kd e entender como esses parâmetros se comportam com a mudança na escala da medição. Os resultados mostram que K aumenta com a escala, independentemente do método de medição. A dispersão tende a aumentar de maneira exponencial com a altura da amostra. O coeficiente de partição tende a aumentar tanto com o comprimento, quanto com o diâmetro e o volume da amostra. Essas diferenças nos parâmetros de acordo com a escala de medida devem ser consideradas quando essas observações são posteriormente usadas como entrada para modelos numéricos, caso contrário, as respostas podem ser mal representadas. Em terceiro lugar, uma análise estocástica tridimensional da mudança de escala da condutividade hidráulica foi realizada usando tanto média simples quanto o método Laplaciano-com-pele para vários tamanhos de blocos usando medidas K reais. Nesta parte, foram demonstrados os erros que podem ser introduzidos ao se usar métodos determinísticos de mudança de escala, usando médias simples das medições de K sem se considerar a correlação espacial. A aplicação das técnicas de mudança de escala mostra que a heterogeneidade de K pode ser incorporada na prática diária do modelador geotécnico. Os aspectos a serem considerados ao realizar a mudança de escala também foram discutidos. Finalmente, analisou-se a dependência do expoente da norma p em função do tamanho do bloco. Na última parte, uma aplicação de mudança de escala estocástica do coeficiente de dispersão hidrodinâmica (D) e do fator de retardo (R) foi realizada usando dados reais visando reduzir a falta pesquisas no tema de mudança de escala do transporte de soluto reativo. A mudança de escala do D foi feito usando o método de macrodispersão. O método da média simples baseado na norma p foi usado para executar a mudança de escala de R. A incerteza foi propagada satisfatoriamente. Métodos simples de mudança de escala podem ser incorporados à prática de modelagem usando programas comerciais, e reproduzir corretamente o transporte em escala grossa, mas podem exigir correções para reduzir o efeito suavizado da heterogeneidade causada pelo procedimento de mudança de escala.

L’alimentation en eau potable des 1 300 000 habitants de la Métropole de Lyon provient essentiellement de réserves souterraines, puisées sur le site du champ captant de Crépieux-Charmy. Ce captage est un système complexe de par sa superficie (375 ha), le nombre d’ouvrages de pompage (111 puits et forages), le système de réalimentation artificielle (12 bassins d’infiltration), la présence de différents bras du Rhône en interaction avec l’eau souterraine, mais également du fait de la complexité lithologique naturelle du sous-sol. La compréhension des interactions entre les compartiments de ce système est nécessaire pour assurer la pérennisation quantitative et qualitative de la ressource.La caractérisation des écoulements repose sur trois outils essentiels : l’observation, l’expérimentation et la modélisation numérique.L’observation, basée sur les nombreuses données acquises in-situ, met en évidence le rôle prépondérant de l’exploitation hydrique du site sur les écoulements (pompages et bassins). La réalimentation artificielle met en jeu, annuellement, un volume d’eau qui équivaut à la moitié du volume puisé sur l’ensemble du site, et entraîne un réchauffement non négligeable de la nappe en période estivale. Les cartes piézométriques et thermiques à l’échelle du champ captant permettent de visualiser les évolutions spatiales et temporelles des écoulements. D’après l’analyse de données, le dôme hydraulique créé par la réalimentation artificielle (et destiné à obtenir une barrière hydraulique de protection contre une contamination accidentelle des eaux de surface) semble perdurer au maximum 1 à 2 jours après l’arrêt de l’alimentation des bassins. Un indice d’infiltrabilité est défini pour déterminer la capacité d’infiltration de chaque bassin : tenant compte des diverses variables affectant la vitesse d’infiltration, une diminution temporelle de l’indice d’infiltrabilité reflète le colmatage progressif de la couche de sable de fond de bassin. Cet indice est de ce fait un outil d’aide à la décision pour la priorisation des bassins à réhabiliter.Le volet expérimental se décline en deux points : la caractérisation des fonds de bassins par essais d’infiltration (gain d’infiltrabilité par renouvellement du sable, couche compactée sous le sable caractérisée par une forte anisotropie de sa conductivité hydraulique) et la caractérisation des sens d’écoulement par traçage thermique à l’échelle d’un bassin. Un dispositif expérimental, créé de part et d’autre d’un des bassins permet de suivre l’évolution piézométrique et thermique lors des cycles de remplissage. La création des 31 ouvrages de ce dispositif expérimental a permis de mieux caractériser la lithologie en présence, de valider la présence de la zone non saturée règlementaire au droit du bassin, de confirmer l’existence d’écoulements sous le Vieux-Rhône mais aussi de mettre en évidence le fonctionnement 3D des écoulements.Enfin, un modèle numérique a été créé pour simuler les transferts d’eau et de chaleur, sur l’ensemble du site de captage. Cet outil permet d’identifier et de quantifier les sources d’alimentation de la zone de captage, de mettre en évidence la protection partielle des ouvrages de pompage par les dômes hydrauliques créés par les bassins, et de montrer la complexité des relations nappe-rivière, notamment leur dépendance au niveau d’eau. D’ores et déjà opérationnel pour des temps longs (supérieurs à 15 jours), l’outil numérique proposé est exploitable pour des scénarios d’évolutions climatiques ou d’évolutions de l’exploitation du site. Pour les temps inférieurs à deux semaines, le modèle nécessite une amélioration de la connaissance des interactions nappe-rivière et des transferts thermiques (prise en compte du non-équilibre thermique local).Mots clés : Hydrogéologie, réalimentation artificielle, essais d’infiltration, traçages thermiques, modélisation hydro-thermique 3D. / The supply of drinking water for the 1,300,000 inhabitants of Lyon Metropole mainly comes from underground reserves in the well field of Crépieux-Charmy. This well field is a complex system because of its surface area (375 ha), the number of pumping wells (111 wells), the artificial recharge system (12 infiltration ponds), the interaction between the Rhône River and groundwater, as well as its natural lithological complexity. Understanding the interactions between the compartments of this system is necessary to ensure quantitative and qualitative sustainability of the water resource.The characterization of field-scale flows is based on three essential tools: observation, experimentation and numerical modelling.The observations, based on a lot of operational field data, highlight the influence of site operation on the flows (pumping and basins). Annually, artificial recharge requires a volume of water which accounts for half of the volume pumped on the whole site. This also leads to a significant rise in water table temperatures during summer periods. Piezometric and water temperature maps at the well field scale allow for visualization of the spatial and temporal evolutions of the flow directions. According to the data analysis, hydraulic domes created by the artificial recharge (and designed to provide a hydraulic barrier to protect against accidental contamination of superficial water) seem to persist for a maximum of 1 to 2 days after water supply of the basins has been stopped. An infiltration index has been defined in order to determine the infiltration capacity of each basin. It takes into account the multiple variables affecting the infiltration rate. The temporal evolution of the infiltration capacity of each basin illustrates the fouling of the basement sand layer. The infiltration index is also a decision support tool for the prioritization of basins to be rehabilitated.The experimental component is divided into two parts: basins characterization by infiltrometer tests (increase of infiltration by renewal of the sand layer, compacted layer under the sand characterized by a strong anisotropy of its hydraulic conductivities) and characterization of the flow direction by heat tracing at scale of an infiltration pond. An experimental system, created on both sides of one of the basins allows tracking of the evolution of piezometric and water temperature during filling cycles.The creation of the 31 piezometers of this experimental system enabled better characterization of the lithology of the ground, to validate the conservation of the unsaturated zone under the basin, to confirm the existence of flows under the Vieux-Rhône River, and to highlight the three-dimensional flows.A digital model has been created to reproduce water and heat transfer on the entire well field. This tool is used to identify and quantify the sources of water of the water catchment area, to highlight the partial protection of the pumping wells by the hydraulic domes, and to show the complexity of the groundwater-river relationship, in particular their dependence on the water level. Already operational on long periods (over 15 days), the proposed digital model is useful for scenarios of climate change or changes in operational conditions. For periods shorter than two weeks, the model requires an improvement in the knowledge of groundwater-river interactions and heat transfer (taking into account the local thermal non-equilibrium).Key words: Hydrogeology, artificial recharge, infiltrometer tests, heat tracing, 3D hydro-thermal modelling.

This thesis is focused on the evaluation of the infiltration capacity of soil in Lužický stream catchment in the cadastral unit Babice u Netolic. For the field measurement was used compact pressure infiltrometer. In the selected area were performed 26 infiltration experiments in 5 locations. In this thesis was compared infiltration rate at locations with different BPEJ (estimated pedologic-ecological unit), respectively HSP (hydrologic soil groups). Furthermore was also evaluated infiltration capacity on soils with different land use. To evaluate infiltration were used empirical infiltration equations according to Philip. Then the measured values were processed in tabular and graphical way. The highest infiltration rate was measured on arable land (L5). The classification of soil was examined according to HSP. Furthermore were also described in detail the principles of infiltration measurement using compact pressure infiltrometer.

Numerical models are becoming fundamental tools to predict a range of complex problems faced by geotechnical and geo-environmental engineers. However, to render the model reliable for future predictions, the model input parameters must be determined with consideration of the scale effects. If there is a difference of scales between the observation and the model scales there are two possible ways to consider it: or models are constructed with elements of a size similar to that at which the data were measured, or some upscaling rules must be defined. In this context, this thesis focuses on upscaling of water flow and mass transport in a tropical soil by means of numerical, laboratory and field studies. This thesis is organized in four parts. First, the heterogeneity, correlation and cross-correlation between solute transport parameters (dispersivity, α, and partition coefficient, Kd) and soil properties are studied in detail. In this part, it is verified that the hydraulic conductivity (K) and solute transport parameters are highly heterogeneous, while soil properties are not. Spatial correlation of α, K, and statistically significant variables are studied, and it would probably improve the estimation only in a small-scale study, since the spatial correlation are only observed up to 2.5 m. This study is a first attempt to evaluate the spatial variation in the correlation coefficient of transport parameters of a reactive and a nonreactive solute, indicating the more relevant variables and the one that should be included in future studies. In the second part, scale effect on K, dispersivity and partition coefficient of potassium and chloride are studied experimentally by means of laboratory and field experiments. The purpose is to contribute to the discussion about scale effects on K, α and Kd and understanding how these parameters behave with the change in the scale of measurement. Results show that K values increases with scale, regardless of the method of measurement, except for the results obtained from double-ring infiltrometer tests. Dispersivity trends to increase exponentially with the sample height. Partition coefficient tends to increase with sample length, diameter and volume. These differences in the parameters according to the scale of measurement must be considered when these observations are later used as input to numerical models, otherwise the responses can be misrepresented. Third, stochastic analysis of three-dimensional hydraulic conductivity upscaling is performed using a simple average and the Laplacian-with-skin methods for a variety of block sizes based on real K measurements. In this part it is demonstrated the errors that can be introduced by using a deterministic upscaling using simple averages of the measured K without accounting for the spatial correlation. Results show that K heterogeneity can be incorporated in the daily practice of the geotechnical modeler. The aspects to consider when performing the upscaling are also discussed. Finally, the dependence of the exponent of the p-norm as a function of the block size is analyzed. In the last part, stochastic upscaling of hydrodynamic dispersion coefficient (D) and retardation factor (R) is performed using real data aiming to reduce the lack in experimental upscaling of reactive solute transport research. The enhanced macrodispersion coefficient approach is used to upscale the local scale hydrodynamic dispersion (D) and, as a novelty, the impact of heterogeneity of local dispersivity is also taken into account. To upscale retardation factor (R), a p-norm is used to compute an equivalent R. Uncertainty analyses are also performed and a good propagation of the uncertainties is achieved after upscaling. Simple upscaling methods can be incorporated to the modeling practice using commercial transport codes and properly reproduce de transport at coarse scale but may require corrections to reduce smoothing of the heterogeneity caused by the upscaling procedure. / Modelos numéricos estão se tornando ferramentas fundamentais para prever uma série de problemas complexos enfrentados por engenheiros geotécnicos e geoambientais. No entanto, para que o modelo seja confiável para previsões futuras, seus parâmetros de entrada devem ser determinados com a consideração do efeito da escala. Se há uma diferença de escalas entre a escala da observação e a escala do modelo, existem duas maneiras possíveis de considerá-la: ou constrói-se modelos com elementos de tamanhos semelhantes àqueles em que os dados foram medidos, ou definem-se algumas regras de mudança de escala. Neste contexto, esta tese enfoca a mudança de escala do fluxo de água e do transporte de massa em um solo tropical, por meio de estudos numéricos, laboratoriais e de campo. Esta tese é organizada em quatro partes. Em primeiro lugar, estudou-se em detalhe a heterogeneidade, a correlação e a correlação cruzada entre os parâmetros de transporte de soluto (dispersividade, α, e coeficiente de partição, Kd) e as propriedades do solo. Nesta parte, verificou-se que a condutividade hidráulica (K) e os parâmetros de transporte de soluto são altamente heterogêneos, enquanto as propriedades do solo não o são. A correlação espacial de α, K e das variáveis estatisticamente significativas foi estudada, e, provavelmente, melhoraria a estimativa apenas em um estudo em pequena escala, uma vez que a correlação espacial só foi observada até 2,5 m. Este estudo foi uma primeira tentativa de avaliar a variação espacial no coeficiente de correlação dos parâmetros de transporte de um soluto reativo e não-reativo, indicando as variáveis mais relevantes e as que devem ser incluídas em estudos futuros. Na segunda parte, o efeito de escala em K, na dispersividade e no coeficiente de partição de potássio e cloreto é estudado experimentalmente por meio de ensaios laboratoriais e de campo. O objetivo foi contribuir com a discussão sobre os efeitos de escala em K, α e Kd e entender como esses parâmetros se comportam com a mudança na escala da medição. Os resultados mostram que K aumenta com a escala, independentemente do método de medição. A dispersão tende a aumentar de maneira exponencial com a altura da amostra. O coeficiente de partição tende a aumentar tanto com o comprimento, quanto com o diâmetro e o volume da amostra. Essas diferenças nos parâmetros de acordo com a escala de medida devem ser consideradas quando essas observações são posteriormente usadas como entrada para modelos numéricos, caso contrário, as respostas podem ser mal representadas. Em terceiro lugar, uma análise estocástica tridimensional da mudança de escala da condutividade hidráulica foi realizada usando tanto média simples quanto o método Laplaciano-com-pele para vários tamanhos de blocos usando medidas K reais. Nesta parte, foram demonstrados os erros que podem ser introduzidos ao se usar métodos determinísticos de mudança de escala, usando médias simples das medições de K sem se considerar a correlação espacial. A aplicação das técnicas de mudança de escala mostra que a heterogeneidade de K pode ser incorporada na prática diária do modelador geotécnico. Os aspectos a serem considerados ao realizar a mudança de escala também foram discutidos. Finalmente, analisou-se a dependência do expoente da norma p em função do tamanho do bloco. Na última parte, uma aplicação de mudança de escala estocástica do coeficiente de dispersão hidrodinâmica (D) e do fator de retardo (R) foi realizada usando dados reais visando reduzir a falta pesquisas no tema de mudança de escala do transporte de soluto reativo. A mudança de escala do D foi feito usando o método de macrodispersão. O método da média simples baseado na norma p foi usado para executar a mudança de escala de R. A incerteza foi propagada satisfatoriamente. Métodos simples de mudança de escala podem ser incorporados à prática de modelagem usando programas comerciais, e reproduzir corretamente o transporte em escala grossa, mas podem exigir correções para reduzir o efeito suavizado da heterogeneidade causada pelo procedimento de mudança de escala.

A função condutividade hidráulica é um dos parâmetros essenciais para o estudo do fluxo em solos não saturados, permitindo abordar, dentre outros, o avanço da frente de umedecimento e questões como a irrigação e drenagem de solos. Para determinar a condutividade hidráulica não saturada de um solo típico da região Centro-Oeste do Estado de São Paulo, utilizou-se o infiltrômetro de disco. Este equipamento permite conduzir a infiltração de água, estando esta sujeita a um potencial negativo. Com os dados de infiltração acumulada e tempo acumulado obtidos em cada ensaio, foi possível determinar os valores da condutividade hidráulica não saturada e sortividade. Os cálculos foram feitos por diferentes métodos para cada ensaio realizado com o infiltrômetro de disco e comparadas com resultados de ensaios utilizando o permeâmetro Guelph. Observou-se que as condutividades hidráulica não saturadas obtidas com o infiltrômetro de disco tenderam a valores próximos das fornecidas indiretamente por meio do permeâmetro Guelph, com dispersão de aproximadamente uma ordem de grandeza para cada sucção. Também se observou que a condutividade hidráulica não saturada tende a diminuir conforme aumenta a sucção imposta ao solo, mesmo considerando a estreita faixa de sucções usadas nos ensaios. Notou-se ainda pequena variação nas condutividades hidráulicas saturadas calculadas por meio do infiltrômetro de disco, por meio de medidas diretas utilizando o permeâmetro Guelph e ensaios de permeabilidade realizados em laboratório. / The hydraulic conductivity function is essential to the study of water flow in unsaturated soils. From function there can be derived the advancement of the humidification (saturation) front, among other parameters, which is essential to projects of irrigation and drainage of soils. A disk infiltrometer was used to determine the unsaturated hydraulic conductivity of a sample of typical soil from central São Paulo, Brazil. The disk infiltrometer apparatus conducts the infiltration water, which is held at negative potential. Data for cumulative infiltration and elapsed time for each test was used to determine values of unsaturated hydraulic conductivity and sorptivity. Different methodology was applied in the calculations. Data for each experiment carried out utilizing the disk infiltrometer was compared to data obtained utilizing the permeameter of Guelph. It was observed that the unsaturated hydraulic conductivity obtained through the disk infiltrometer yielded values near those obtained indirectly by the permeameter of Guelph, which showed dispersion approximately within one order of magnitude for each suctioning performed. Furthermore, it was observed that the unsaturated hydraulic conductivity tends to diminish in magnitude in an inverse relation to the suction pressure subjected by the soil, even after considering the narrow band of suction pressures carried out in the tests. It was further observed a small variation in the saturated hydraulic conductivities computed from data obtained directly from the infiltrometer disk, the permeameter of Guelph, and other permeability tests done in laboratory.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present study was conducted with the objective to evaluate the behavior of the process of water infiltration in the soil, in a portion forested with eucalyptus, in a legal reserve and native field with conventional pasturage, in the characteristic zone of Pampa Biome. The investigation occurred in hillsides that presented different uses of the soil in two experimental small watershed, one is a native pasturage area with 21 hectares occupied by cattle breeding, and another with 95 hectares of Eucalyptus silviculture, the last one is a Permanent Preservation Area and Legal Reserve.The small watersheds are located in the city of Rosário do Sul RS, and they have similar characteristics in the soil, precipitation rate and relief. For each soil usage, there were considered two positions (superior and inferior height) in the same hillside to characterize the infiltration in the ground profile. There were performed a total of 48 infiltration test using concentric rings infiltrometers with distinct weather condition, and the trial values modeled from the Horton, Kostiakov and Kostiakov- Lewis equations. There were collected soil samples in each area, with preserved and misshapen structure to obtain the soil physical parameters as density, porosity (macro, micro and total), texture (clay, silt and sand) and the saturated hydraulic conductivity. Among the tested models, the Horton model represented in a satisfactory way the adjustment of the observed infiltration rate. In the three areas of this study, we observed that the relief position influenced the infiltration capacity, and the higher infiltrations rate have occurred in the inferior heights. The component of the Horton If model, corresponding to the basic infiltration can be used as an indicator of the impact of the soil usage on hydrological processes. The forestry area with Eucalyptus silviculture has a infiltration rate significantly higher than the Legal Reserve and the Native Field with Pasturage, respectively. Therefore we can affirm that, in this experiment, we noticed variations in the infiltration capacity due to the alteration in the soil usage. / O presente estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar o comportamento do processo de infiltração de água no solo, em parcela florestada com eucalipto, em reserva legal e campo nativo com pastoreio convencional, em região característica do Bioma Pampa. A investigação ocorreu em encostas que apresentam diferentes usos do solo em duas microbacias experimentais, uma de pastagem nativa com 21 ha, ocupada por criação extensiva de gado, e outra de silvicultura de Eucalyptus spp. com 95 ha, contendo Área de Preservação Permanente e Reserva Legal. As microbacias localizam-se no município de Rosário do Sul/ RS, e possuem características semelhantes de solo, regime de precipitação e relevo. Para cada uso do solo, foram consideradas duas posições (cota superior e inferior) na mesma vertente para a caracterização da infiltração do perfil no relevo. Foram realizados em dois períodos com condições do tempo distintas entre si, um total de 48 testes de infiltração por meio de infiltrômetro de anéis concêntricos e os valores dos ensaios modelados, a partir das equações de Horton, Kostiakov e Kostiakov-Lewis. Em cada área, foram coletadas amostras de solo, com estrutura preservada, e estrutura deformada para obtenção dos parâmetros físicos do solo, como densidade, porosidade (macro, micro e total), textura (argila, silte e areia) e a condutividade hidráulica saturada. Dentre os modelos testados o modelo Horton representou de forma satisfatória o ajuste da taxa de infiltração observada. Nas três áreas estudadas observou-se que a posição no relevo influenciou na capacidade de infiltração, sendo que nas cotas inferiores ocorreram as maiores infiltrações. O componente do modelo de Horton If, correspondente a infiltração básica pode ser utilizado como indicador de impacto do uso do solo nos processos hidrológicos. A área florestada com silvicultura de eucalipto possui uma taxa de infiltração significativamente maior que a área de reserva legal e a área de campo nativo com pastoreio, respectivamente. Desse modo pode-se afirmar que, neste experimento, perceberam-se variações na capacidade de infiltração, devido a alterações de uso do solo.

A bacia hidrográfica do ribeirão Itaim apresenta evidências de falta de planejamento do uso e ocupação do solo, refletindo condições típicas da região do Vale do Paraíba. Isso tem provocado aumento do escoamento superficial, aumento de erosão, assoreamento dos cursos dágua, enchentes e inundações na bacia do Rio Paraíba. Esse estudo realizado na bacia hidrográfica do ribeirão Itaim, município de Taubaté, SP, visou estimar o escoamento superficial pelo método Curva-Número em área com cobertura vegetal de Pastagem Brachiaria Decumbens, predominante na bacia. Os valores do número de curva CN foram definidos em função do tipo de uso e cobertura do solo, da condição de superfície, da condição hidrológica do solo e do grupo de solos em que a área foi classificada. A estimativa do escoamento superficial foi feira de três métodos distintos: no 1, utilizaram-se valores de infiltração acumulada (Iac) obtidos no campo, considerados como sendo a Infiltração potencial (S), os quais variam de 15.37mm a 51,88mm com um valor médio de 23,46mm. Com esses valores de infiltração e utilizando valores de precipitações máximas para Taubaté, SP, com tempo de duração de 3 horas: P = 54,4; 70,3; 80,8; 86,7; 90,9; 94,1 e 103,9mm, respectivamente, para os tempos de retorno de Tr = 2, 5, 10, 15, 25 e 50 anos, os seguintes valores de escoamento foram gerados: 34,83; 49,33; 59,14; 64,71; 68,69; 71,73 e 81,10mm, respectivamente. No 2, considerou-se a cobertura vegetal da bacia predominantemente constituída de Pasto Sujo, utilizando-se o valor adimensional CN = 75, obteve a infiltração potencial S = 84,7mm e chegou-se aos valores de escoamento que variaram de 11 a 44mm, os quais foram inferiores aos valores gerados pelo método Curva-Número, especialmente para tempos de retorno maiores. No 3, considerou-se o valor de CN ponderado = 66,57 para todas as classes de uso da bacia, e obteve-se um valor de infiltração potencial mais elevado S = 127mm. Consequentemente, os resultados dos valores de escoamento superficial foram mais baixos e corresponderam a 5,33; 11,64; 16,72; 19,83; 22,16; 23,98 e 29,83mm. Comparando-se os resultados obtidos pelos métodos Curva-Número convencional e ponderado, conclui-se que o método Curva-Número aplicado de modo ponderado subestimou o escoamento superficial na área estudada. Contudo, os resultados obtidos indicam ser possível sua utilização na obtenção do escoamento superficial, desde que promovidos os ajustes para as situações locais pelo uso de medidas de infiltração potencial obtidas em campo. / The Itaim Watershed lacks planning for land use, reflecting typical conditions frequently seen in the area of the valley of Paraíba. This has been causing increase of runoff, increase in soil erosion, sedimentation of the water channels, inundations and floods in those watersheds that form the Paraíba do Sul Basin. This study carried out in the Itaim watershed, municipal district of Taubaté, SP, aimed to estimate surface runoff based on the Curve-Number (CN) method in area with vegetation cover of grassland Brachiaria Decumbens), that prevails in this watershed. The values of the number of the curve CN were defined as a function of land use type and vegetation cover of the soil, soil surface condition, of the hydrological condition of the soil and of the soil group that the area has been classified. The estimate of the surface runoff was made based on three different ways: in the 1st, values of accumulated Infiltration (Iac) obtained in the field were used, considered as the Potential Infiltration (S), which varied from 15.37 mm to 51.88 mm with a medium value of 23.46 mm. With those measured infiltration rates and using the maximum precipitation values for Taubaté, SP, with duration time of 3 hours: P = 54.4; 70.3; 80.8; 86.7; 90.9; 94.1 and 103.9 mm, respectively, for the return times, Tr = 2, 5, 10, 15, 25 e, 50 years, the following values of surface runoff were generated: 34.83, 49.33; 59.14; 64.71; 68.69; 71.73 and 81.10 mm, respectively; In the 2nd, way it was considered that the prevailing vegetation cover of the watershed was Dirty Pasture (Pasture with regrowth of natural vegetation) and therefore, a value of CN = 75 was used and generated a potential infiltration, S = 84,7 mm and resulted in surface runoff values that varied from 11 to 44 mm, which were lower than the values generated by the method Curve-Number, especially for greater return times. In the 3rd, way, the value of CN was considered equal to 66.57. This value was calculated weighting the contribution of all land use cover classes of the watershed, and as a result a higher value of potential infiltration, S = 127 mm, was obtained. Consequently, the surface runoff values were 5.33; 11.,64; 16.72; 19.83; 22.16; 23,98 and 29.83 mm. Therefore, lower than the values obtained in the first way. The comparison of results obtained by the two Curve-Number methods (conventional and weighted) allowed to be concluded that the Curve-Number method applied in a conventional way underestimated the surface runoff in the studied area. However, results indicate that is possible to use this method for surface runoff estimates as long as adjustments based on potential Infiltration obtained in field be used for local situations.

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This thesis deals with the theoretical description of the infiltration process and field measurements of infiltration in the cadastral territory of Bohaté Málkovice. The research work carried out in 2011 in an experimental area on Haplic Chernozem/FAO, medium-heavy loam soil. The experimental area was divided into two parts, the topsoil layer on these surfaces was processed by both classic and minimization technologies. The plots were sown by spring barley. The applied measurements of water infiltration into the soil were two-cylinder method and MiniDisc. Within the vicinity of the infiltration experiments with intact soil were collected samples for laboratory determination of saturated hydraulic conductivity. From the field measurements and laboratory experiments were determined values of hydraulic conductivity (saturated and unsaturated), and other infiltration characteristics, the cumulative infiltration and infiltration rate. To evaluate the infiltration of the heats was used three-paramether Philp type equation that provides a good estimate of saturated hydraulic conductivity. For the evaluation of the MiniDisc there was used the Zangova method that provides the unsaturated hydraulic conductivity. The laboratory evaluation of the saturated hydraulic conductivity was compared with the estimated values obtained from the field measurements. The values of the saturated hydraulic conductivity from the laboratory measurements are closely comparable with estimates obtained from the steady infiltration rates from the field experiments. The research results also showed that medium-heavy loam soil, when being processed by minimization including modification of the soil surface by digging, have a positive effect on the infiltration of water into the soil. This fact leads to a higher protection plants in the vegetative period and improvement of the retention and storage capacity of soil.