Physical root water uptake models can provide more insight into the mechanism, but their physical plant hydraulic parameters are hardly-ever available, making them less attractive in practical applications. Conversely, empirical root water uptake modes are more readily used because of their simplicity and lower data requirements, but their empirical parameters and ability in describing the dynamics of root water uptake need further investigation. Combining physical and empirical models might be an effective way to address these issues. In this thesis, it is tested the feasibility of deriving parameters for empirical root water uptake models by using predictions performed by an enhanced mechanistic root water uptake model. It is also reviewed the major root water uptake models that have been used together with larger eco-hydrological models and some alternatives are also presented. All these models are analyzed for different scenarios concerning soil type, atmospheric demand and root length density. Evaluation was performed by optimizing their empirical parameters so that the best fitting with the physical model is achieved. At last, further analyzes are performed for an empirical model pointed at the previous analyzes, and the empirical parameters for this model are provided for different scenarios regarding soil type, root length density R, rooting depth and potential transpiration Tp as well as for three levels of radial root hydraulic conductivity. It is shown that (i) the largely-used Feddes empirical root water uptake model performs well only under circumstances of low R -- that is for the scenarios of low root water uptake \"compensation\"-- and from medium to hight R, the model can not mimic properly the root uptake dynamics as predicted by the physical model; (ii) the Jarvis model provides good predictions only for low and medium R scenarios and for high R the model can not mimic the uptake patterns predicted by the physical model; Using the proposed reduction function in Jarvis model, that is the JMm model, helps to improve water uptake predictions; (iii) the proposed models are capable of predicting similar root water uptake patterns by the physical model and the statistical indices point them as the best alternatives to mimic root water uptake predictions by the physical model; (iv) the parameters of empirical models can be retrieved in a single experiment of soil drying-out by defining the objective function in terms of root water uptake; (v) the empirical parameters provided by the proposed model varies with the scenarios as well as its overall performance. / Embora modelos físicos de extração de água do solo sejam importantes para analisar detalhes mecanísticos do sistema, seus parâmetros hidráulicos não são facilmente disponíveis, e assim são menos utilizados em situações práticas. Entretanto, modelos empíricos são facilmente aplicados devido a sua simplicidade e baixo requerimento de dados, porém seus parâmetros empíricos e habilidade em descrever a dinâmica da extração de água do solo precisa ser mais investigada. O uso combinado de modelos empíricos e físicos pode ser útil nesse contexto. O objetivo geral deste trabalho é testar se os parâmetros de modelos empíricos de extração de água do solo podem ser determinados através de simulações feitas como um modelo físico de extração de água do solo. Fez-se uma revisão sobre os principais modelos empíricos usados em modelos hidrológicos, assim como algumas alternativas foram apresentadas. Alguns desses modelos foram analisados para diferentes cenários de tipo de solo, demanda atmosférica e densidade de comprimento de raiz R. A análise foi feita otimizando-se os parâmetros empíricos dos modelos a fim de obter o melhor ajuste com o modelo físico. Em seguida, fez-me uma análise mais detalhada sobre o desempenho de um modelo empírico sugerido nas analises anteriores, como o objetivo de fornecer os valores de seus parâmetros empíricos para diferentes cenários de tipo de solo, R, profundidade do sistema radicular e transpiração potencial. Analisou-se também a variação desses parâmetros empíricos em função da condutividade hidráulica da raiz. Os resultados mostraram que (i) o modelo empírico de Feddes, que é largamente utilizado, só apresenta bom desempenho em cenários de baixo R -- ou seja, para cenários com baixa compensação de extração de água do solo-- e, para cenários de médio a alto R, o modelo não é capaz de representar adequadamente o dinâmica de extração de água do solo simulada pelo modelo físico; (ii) O modelo de Jarvis só apresenta desempenho adequado em cenários de baixo R e, para alto R, o modelo não é capaz de representar adequadamente a distribuição de extração simulada pelo modelo físico; (iii) inserindo-se a função de redução proposta no presente trabalho no modelo de Jarvis, ou seja o modelo JMm, proporciona melhores estimativas da distribuição de extração de água do solo; (iv) Os modelos propostos apresentam o melhor desempenho em descrever as predições feitas pelo modelo físico; (v) os parâmetros dos modelos empíricos podem ser obtidos em um único experimento de secagem do solo, definindo-se a função objetivo em função da extração de água do solo; (vi) Os parâmetros empíricos do modelo proposto variam em função dos cenários avaliados.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-28032016-133225 |
| Date | 18 January 2016 |
| Creators | Santos, Marcos Alex dos |
| Contributors | Lier, Quirijn de Jong van |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
Page generated in 0.0031 seconds