AULA Ciclo hidrológico superficie Disciplina INTERAÇÃO BIOSFERA-ATMOSFERA AGM 5724 Pós-Graduação Departamento de Ciências Atmosféricas / Iag / USP Responsável:

AULA Ciclo hidrológico superficie

Disciplina INTERAÇÃO BIOSFERA-ATMOSFERA AGM 5724 Pós-Graduação Departamento de Ciências Atmosféricas / Iag / USP Responsável: Prof. Humberto Ribeiro da Rocha

Ciclo hidrológico na superfícieBalanço de água sobre microbacia.Umidade do soloParâmetros físicos do solo, potencial de água no solo, curva de retenção. Métodos de mediçãoInfiltração, escoamento superficial e sub-superficial. Fluxo da água no solo, equação de RichardsExtração de água no sistema radicular. Evaporação do solo. Interceptação da precipitaçãoExemplos na biota global e brasileira

1. escala local (plot, parcela)

P = ET + ∆S zona radicular + Q Chuva Evapotranspiração umidade do solo escoamento hidrológico

(drenagem vertical, esc. Lateral supericial)

Ciclo hidrológico em escalas

2. escala regional/microbacia

P = Q + ET + ∆Svad,sub + (Csup,sub,Ex)

Chuva Vazão Evapotranspiração Recarg rasa,prof Captação, Transposição

100% até ~ 35% > 60%

3. escala global

P = ET

Brasil accounts 18% of global freshwater

but shows critical areas with water availability

Source: Waters National Agency, Conjuntura

Recursos Hídricos do Brasil

Historical 2014 drought in southeast Brazil

Fig. Rainfall and volume at Jaguari-Jacareí water reservoir

Razão da Evapotranspiração sobre Precipitação

Umidade do solo

Física do solo Parâmetros físicos do soloPotencial de água no soloCurva de retenção

Ciclo hidrológico à superfícieNotas de aulas AGM5724 (Interação Biosfera-Atmosfera, IAG/Usp)

• Composição do soloFração sólida (matéria orgânica + mineral da rocha de origem)Fração de ar Fração de água

Fração sólida mineral: classes granulométricas de areia, silte e argila cf tamanho partículas

• Textura do solo: classificação simples baseada nas frações granulométricas (triângulo de textura do solo)

Triangulo de Atterbeg Triângulo simplificado (Embrapa)

Porosidade total e capacidade de água disponível estimada aproximadamente com perfil de umidade do solo Fonte: Bruno et al., Hydrological Processes (2006)

Porosidade total, densidade do solo e de partículas de três solos paulistas (adaptada

de Grohmann, 1960)

Profundidade

PorosidadeTotal

Densidade Solo

Densidade Partículas

cm % kg.dm-3

Latossolo roxo

0-2525-5050-80

565561

1,211,211,06

2,752,702,68

Latossolo vermelho-escuro

0-2525-5050-80

656667

0,950,930,94

2,702,782,88

Latossolo vermelho-amarelo

0-2525-5050-80

515048

1,301,331,35

2,532,602,56

Parâmetros físicos do soloDensidade das partículasDensidade global (aparente)Umidade volumétrica do soloPorosidadeGrau de saturação da umidade do soloQuantidade (ou armazenamento) de água no solo

Porosidade do solo

Figura: simplificação do meio poroso do solo: grão do solo (hachurada)

espaço poroso preenchido por

água (cinza) e ar (branco).

Zona vadosa: não saturada de águaZona saturada: região do aquífero, com nível do aquífero (water table) na fronteira superior

Franja capilar: zona intermediária entre zona vadosa e saturada onde a água pode ascender por capilaridade

Potencial de água no solo (energia p.u. massa J/kg)

1. Carga (pressão) hidráulica de lâmina d´agua Φp = gh2. Gravitacional Φg = gz3. Tensão superficial Φm (<0)4. Outros: osmótico Φo = MRT

Potencial total no solo não saturado Φ ≈ Φg + Φm

ou em (energia p.u. peso = metros) H = z + , <0

Φ3 < Φ2 < Φ1 )

relações de potencial matricial (Ψ, em Pa) e conteúdo de umidade do solo (θ, em % de volume) em solos com diferentes texturas. (Adap Buckman & Brady, 1960; apud Oke, 1990). (Dir)

(Bouma, 1977)

Curva de retenção ou curva característica (de água no

solo)

Valores típicos entre areia até argila, do PMP, FC e AWC

Curva característica de condutividade hidráulica

O fluxo de água em uma coluna de solo saturado sob uma carga hidráulica, a velocidade é q (m/s)

chamado eq. de Darcy onde

Q = vazão (m3/s)A,L = área seção transversal (m2) e comprimento do corpo (m), h= diferença de potencial hidráulico (m)K = condutividade hidráulica (m/s)

𝑞=𝑄𝐴=−𝐾 (ψ )

Δ h𝐿

Vilella e Matos 1975

Modelo simples da curva característica de K

porosidade em um solo argiloso, a) total no solo compactado e no não compactado, b) poros maiores do que 0,03 mm (Eriksson. 1975/1976)

Efeito de histerese para curva de retenção (Fonte: Lindsay Jr et al., 1988).

Métodos de medição de umidade do solo


1. gravimétrico

mwet , mdry = amostra de solo antes (wet) e depois (dry) secagem na estufa;

ρw = densidade da águaVb = volume do material obtido com anel amostradormdry : Obter medida com secagem na estufa a 1050 C por 24h;reestimar c/ secagem por ~ 6 h, repetir até não haver diferença significativa

2. sonda de neutrons


3. tensiômetros (cápsula porosa): potencial


4. Refletômetro no domínio do tempo (TDR)

Refletômetro no domínio da frequência (FDR) instalado em um perfil de 10 m

Soil moisture measurement with Frequency Domain Reflectometry (FDR)

5. Sensor de raios cósmicos• Fluxo de raios cósmicos variam com latitude, longitude e ciclo de

manchas solares• Neutrons rápidos são absorvidos no solo, e os que escapam do

solo são contados – variam com o teor de água no solo• aproximadamente insensíveis às características químicas do solo.

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