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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-15052020-150423
Document
Author
Full name
Maria Laiane do Nascimento Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2020
Supervisor
Committee
Libardi, Paulo Leonel (President)
Cooper, Miguel
Moraes, Sergio Oliveira
Portela, Jeane Cruz
Title in Portuguese
Condutividade hidráulica do solo a partir da curva de retenção determinada com amostras indeformadas de diferentes alturas
Keywords in Portuguese
Condutividade hidráulica do solo saturado
Interação textura - estrutura
Modelo Mualem - van Genuchten
Perfil instantâneo
Abstract in Portuguese
Erros na estimativa da condutividade hidráulica do solo, K em função do conteúdo de água θ, a partir da curva de retenção podem surgir de duas formas principais: por falhas no modelo matemático ou na descrição da curva de retenção. O estudo de como esses fatores podem interferir na predição da função K(θ) é muito importante, visto que, determinações diretas são trabalhosas, caras e podem levar muito tempo. Neste trabalho, atentou-se principalmente para a segunda fonte de erros, com o objetivo de analisar a influência na função K(θ) estimada pelo modelo Mualem - van Genuchten, devido à altura de amostras indeformadas utilizadas para determinara curva de retenção e à condutividade hidráulica do solo saturado (K0) em laboratório. Para isso, foram utilizadas amostras de três alturas (S1 - 0,075 m; S2 - 0,05 m; S3 - 0,025 m) coletadas nos horizontes diagnósticos de um Latossolo e de um Nitossolo. As curvas de retenção foram determinadas utilizando o funil de placa porosa para as tensões mais baixas (0,5, 1, 4,6 e 10 kPa) e as câmaras de pressão com placa porosa para as tensões mais elevadas (33, 100 e 500 kPa). O K0 foi determinado em laboratório pelo método permeâmetro de carga constante para as amostras estudadas. Para efeito de comparação entre dados preditos e observados, desenvolveu-se em campo o método do perfil instantâneo, como medida direta. A amostra de menor altura (S3) promoveu maior retenção de água na faixa mais úmida da curva de retenção, até 10 kPa, evidenciada no nitossolo devido sua textura mais argilosa e maior desenvolvimento estrutural. O K0 determinado com as amostras S3 em laboratório mostrou-se desvantajoso, devido a maior facilidade de ocorrência de canais contínuos do topo à base da amostra, elevando as médias. Quando o K0 foi utilizado no modelo matemático como uma medida de referência, a funçãoK(θ) não mostrou modificação por causa da altura das amostras. As curvas de K(θ) obtidas a partir da curva de retenção determinada com as amostras S3 apresentaram maior proximidade com os dados medidos em campo. Verficou-se também que no latossolo houve boa concordância dos resultados, possivelmente em razão da sua textura mais arenosa e estrutura mais homogênea. Porém, no Nitossolo, os dados estimados e medidos tiveram concordância fraca, na sua maioria. Concluiu-se, então, que enquanto amostras de menor altura são mais indicadas para determinar a curva de retenção, para determinar K0 recomenda-se utilizar amostras mais altas (S1). Além disso, a curva de retenção determinada com as amostras S3 quando utilizada no modelo para predição de K(θ) resultaram em dados mais próximos dos medidos em campo, significando uma melhoria na estimativa.
Title in English
Soil hydraulic conductivity from retention curve determined using undisturbed soil sample of different Heights
Keywords in English
Instantaneous profile method
Mualem - van Genuchten model
Soil saturated hydraulic conductivity
Texture-structure interaction
Abstract in English
Errors in estimating soil hydraulic conductivity, K as function of soil water content θ, from the retention curve, can arise in two main ways: failures in the mathematical model or in retention curve description. The study of how these factors influence the prediction of K(θ) function is very important, since direct determinations are laborious, expensive and time consuming. In this work we focused mainly on the second source of errors, aiming to analyze the influence of the height of undisturbed samples used to determine the retention curve and saturated soil hydraulic conductivity (K0) in laboratory on K(θ) function estimated using the Mualem - van Genuchten model. For this, samples of three heights were used (S1 - 0,075 m; S2 - 0,05 m; S3 - 0,025 m) collected in the diagnostic horizons of a latosol and a nitosol. The retention curves were determined using the porous plate funnel for the lowest tensions (0,5, 1, 4,6 and 10 kPa) and porous plate pressure chambers for the higher tensions (33, 100 e 500 kPa). The K0 of the samples was determined in the laboratory by the constant charge permeameter method. For comparison between predicted and observed data, the instantaneous profile method was developed in the field as a direct measure. The smallest sample height (S3) promoted greater water retention in the wetter range of the retention curve, up to 10 kPa, evidenced in the nitosol due to its clayey texture and greater structural development. The K0 determined with the S3 samples in the laboratory was disadvantageous due to the occurrence of continuous channels from the top to the base of the sample, increasing the means. When K0 was used in the mathematical model as a reference measure, K(θ) showed no change due to the height of the samples. The K(θ) curves obtained from the retention curve determined with samples S3 were closer to the field data than S1 and S2. Besides that, it was found that in the latosol, there was a good agreement of the estimated results, possibly due to its sandy texture and homogeneous structure. However, in the nitosol, the estimated and measured data had poor agreement. It was concluded that while samples of smaller height are better indicated to determine the retention curve, K0 is recommended higher samples (S1) be used. In addition, the retention curve determined with samples S3 when used in the K(θ) prediction model, resulted in data closer to those measured in the field, meaning an improvement in the estimate.
 
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Publishing Date
2020-05-18
 
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