ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO UTILIZANDO O ...§ões-Teses... · FICHA CATALOGRÁFICA L732e Lima, George Luiz de Estimativa da infiltração da água no solo utilizando

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

FACULDADE DE AGRONOMIA E MEDICINA VETERINÁRIA

Programa de Pós-Graduação em Agricultura Tropical

ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO

UTILIZANDO O MODELO DE GREEN-AMPT

GEORGE LUIZ DE LIMA

C U I A B Á - MT

2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

FACULDADE DE AGRONOMIA E MEDICINA VETERINÁRIA

Programa de Pós-Graduação em Agricultura Tropical

ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO

UTILIZANDO O MODELO DE GREEN-AMPT

GEORGE LUIZ DE LIMA

Engenheiro Agrônomo

Orientador: PROF. DR. RICARDO SANTOS SILVA AMORIM

Dissertação apresentada à Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária da Universidade Federal de Mato Grosso para obtenção do título de Mestre em Agricultura Tropical.

C U I A B Á - MT

2010

FICHA CATALOGRÁFICA

L732e Lima, George Luiz de

Estimativa da infiltração da água no solo utilizando o

modelo Green-Ampt / George Luiz de Lima. – 2010.

99 f. : il. ; color. ; 30 cm.

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Santos Silva Amorim.

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Mato

Grosso, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Pós-

Graduação em Agricultura Tropical, 2010.

Bibliografia: f. 91-99.

1. Modelagem hidrológica. 2. Infiltrômetro de aspersão. 3.

Latossolo – Infiltração de água. I. Título.

CDU – 631.432.2

Ficha elaborada por: Rosângela Aparecida Vicente Söhn – CRB-1/931

AGRADECIMENTOS

Ao nosso Deus.

Aos meus familiares, pelo estímulo e apoio, em especial aos

guerreiros Maria e Luiz, meus pais.

Ao Cecel, Danilo, Laura, Léa, Léo, Mila Madanês, Rê, Rey e Will,

pelos bons momentos vividos durante o mestrado.

Ao professor Ricardo Amorim, pela orientação, conhecimento

transmitido, dedicação e paciência na realização desse trabalho; ao técnico

Dimas de Mello, ao mestrando Leandro e aos bolsistas de iniciação científica

Allan, Ramón e Werico, pela ajuda nos trabalhos de campo e de laboratório.

Às mestrandas Samantha, Indira e Ana Rúbia, minhas companheiras

da sala 2 e à Suzana, por todo o apoio dispensado.

Aos professores Eduardo Guimarães Couto e Emílio Carlos de

Azevedo, do programa de Pós-Graduação em Agricultura Tropical, pela

contribuição na realização do trabalho.

À Fazenda Experimental da FAMEV/UFMT, em nome do Sr. Miguel, à

Fazenda Pirassununga, em nome do Sr. Júlio e à Fazenda Santa Rosa, em

nome do Sr. Joselito pela concessão da área para a realização dos

experimentos.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

(CAPES), pela bolsa concedida durante o mestrado e à Fundação de

Amparo à Pesquisa do Estado de Mato Grosso (FAPEMAT), pelo

financiamento da pesquisa.

Aos que não foram aqui mencionados, mas que contribuíram para a

conclusão do mestrado, estou torcendo por vocês!

Obrigado!

ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO UTILIZANDO O

MODELO DE GREEN-AMPT

RESUMO – A infiltração, processo pelo qual a água atravessa a superfície

do solo, é um dos processos mais importantes do ciclo hidrológico. A

modelagem desse processo é de grande importância prática, sendo a

equação de Green-Ampt (GA) uma das mais utilizadas para tal. Entretanto,

diversos autores alertam para a necessidade de adequação de seus

parâmetros de entrada: umidade de saturação (θs); condutividade hidráulica

do solo saturado (K0) e potencial matricial na frente de umedecimento (ψf).

Nesse sentido, objetivou-se com o presente trabalho determinar a curva de

infiltração da água em três Latossolos em condições de campo e avaliar o

desempenho da equação de Green-Ampt na estimativa da taxa de infiltração

da água nesses solos com diversas formas de obtenção dos seus

parâmetros de entrada. Foram realizados três ensaios de infiltração para

cada solo, em condições de campo, utilizando um infiltrômetro de aspersão.

Determinaram-se a taxa de infiltração (Ti), infiltração acumulada (Ia) e as

características físicas do solo necessárias para a aplicação do modelo.

Foram feitas simulações com base na combinação de seis metodologias

para a determinação de ψf e cinco para a condutividade hidráulica da zona

de transmissão (Kw). Verificou-se que o Latossolo de textura muito argilosa

apresentou as maiores taxas de infiltração e que a utilização de Kw igual à

taxa de infiltração estável associada a ψf calculado com base na

condutividade hidráulica do solo saturado e a utilização de Kw igual à taxa de

infiltração estável associada a ψf calculado a partir da textura e da

porosidade do solo foram as combinações que melhor simularam o processo

de infiltração da água no solo.

Palavras-chave: modelagem hidrológica; infiltrômetro de aspersão; Latossolo

ESTIMATE OF WATER INFILTRATION IN THE SOIL USING GREEN-

AMPT MODEL

ABSTRACT – The infiltration, process by which water passes through the

soil surface, is one of the most important processes of the hydrological cycle.

The modeling of this process is of great practical importance, since the

equation of Green-Ampt (GA) one of the most used for such. However,

several authors warn of the need for adequacy of its input parameters (soil

moisture saturation (θs), saturated hydraulic conductivity (K0) and matric

potential at the wetting front (ψf). In this sense, the aim of this study was to

determine the curve of water infiltration and to evaluate the performance of

the equation of GA, as well as the various propositions to the adequacy of its

input parameters, in three Latossolos with different textures (mean, clay and

very clay), under conditions of stratification. Three infiltration tests were

performed for each soil, in field conditions, using a sprinkling infiltrometer.

Were determined the rate of infiltration (Ti), cumulative infiltration (Ia) and the

soil physical characteristics necessary to implement the model. The

simulations were conducted based on the combination of six methods for

determining ψf and five for the hydraulic conductivity of the transmission

zone (Kw). It was found that the clayey Latossolo exhibited the highest rates

of infiltration and that the use Kw equal to stable infiltration rate associated

with ψf calculated based on the hydraulic conductivity of saturated soil and

the use of Kw equal to the stable infiltration rate associated with ψf calculated

from the texture and porosity of the soil were the combinations that best

simulated the process of water infiltration into soil.

Keywords: hydrologic modeling; sprinkling infiltrometer; Latossolo

LISTA DE FIGURAS

Página

1 Perfil de umedecimento do solo em um tempo qualquer durante

a ocorrência da infiltração................................................................................ 17

2 Curva representativa da capacidade de infiltração (CI) e da taxa de

infiltração (Ti) em função do tempo sob condições de precipitação constante

(ip).................................................................................................................... 19

3 Distribuição da umidade ao longo do perfil do solo durante a infiltração......... 28

4 Diferentes estágios da infiltração sob condições de precipitação..... 32

5 Parâmetros do modelo de GA para solos com dois estratos........................... 35

6 Infiltrômetro de aspersão portátil utilizado no experimento.............................. 54

7 Parcela experimental utilizada no experimento (A); coleta do escoamento

superficial (B).................................................................................................... 56

8 Amostrador utilizado na coleta de solo para determinação das umidades

inicial e na zona de transmissão (A); retirada e acondicionamento do solo

(B)..................................................................................................................... 56

9 Sensor de umidade ECH2O modelo EC-20 (A); sensores de umidade

instalados no solo em 3 diferentes profundidades (B)..................................... 57

10 Determinação da intensidade de precipitação após a execução do ensaio

de infiltração..................................................................................................... 58

11 Taxa de infiltração (Ti) obtida experimentalmente e a partir do ajuste da

equação de Horton aos dados experimentais para os 3 solos estudados..... 68

12 Análise multivariada dos dados...................................................................... 74

13 Taxa de infiltração obtida experimentalmente e simulada pelo modelo de

GA usando diferentes combinações de seus parâmetros de entrada (LA1).. 80


GA usando diferentes combinações de seus parâmetros de entrada (LA2).. 80


GA usando diferentes combinações de seus parâmetros de entrada (LV).... 81

LISTA DE TABELAS

Página

1 Características físicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA1)................. 48

2 Características químicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA1)............. 49

3 Características físicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA2)................. 50

4 Características químicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA2)............. 51

5 Características físicas do Latossolo Vermelho Ácrico típico (LV)..................... 52

6 Características químicas do Latossolo Vermelho Ácrico típico (LV)................. 53

7 Características físico-hídricas dos solos estudados........................................ 65

8 Valores da umidade inicial, umidade na zona de transmissão, umidade de

saturação, relação θw/θs e do grau de saturação para os solos estudados...... 67

9 Valores da taxa de infiltração estável (Tie), tempo de obtenção da Tie e

tempo de empoçamento (tp) observados nos ensaios de infiltração............... 70

10 Coeficientes de correlação entre os atributos do solo e a taxa de infiltração

estável............................................................................................................. 71

11 Índices estatísticos calculados para as estimativas da taxa de infiltração

utilizando o modelo de GA (solo LA1)............................................................ 76


utilizando o modelo de GA (solo LA2)............................................................ 77


utilizando o modelo de GA (Solo LV).............................................................. 78

14 Índices estatísticos calculados para as estimativas da infiltração acumulada

utilizando o modelo de GA (θs; solo LA1)....................................................... 83


utilizando o modelo de GA (θs; solo LA 2)...................................................... 84


utilizando o modelo de GA (θs; solo LV)......................................................... 85


utilizando o modelo de GA (θw; solo LA1)........................................................ 86


utilizando o modelo de GA (θw; solo LA2)........................................................ 87


utilizando o modelo de GA (θw; solo LV).......................................................... 88

LISTA DE QUADROS

Página

1 Modelos empíricos utilizados para descrever o processo de infiltração da

água no solo..................................................................................................... 26

2 Modelos teóricos utilizados para descrever o processo de infiltração da água

no solo.............................................................................................................. 27

3 Combinações entre proposições de adequação dos parâmetros de entrada

do modelo de GA utilizadas para simular o processo de infiltração da água

no solo.............................................................................................................. 60

4 Critério de interpretação do desempenho do modelo de GA pelo índice de

confiança ajustado (c), conforme Camargo e Sentelhas (1997)....................... 63

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO............................................................................................... 13

2 REVISÃO DE LITERATURA......................................................................... 16

2.1 Processo de infiltração da água no solo...................................................... 16

2.1.1 Análise física do processo de infiltração............................................... 16

2.1.2 Taxa de infiltração e capacidade de infiltração..................................... 17

2.2 Fatores que intervêm no processo da infiltração......................................... 20

2.2.1 Características do solo ......................................................................... 20

2.2.2 Cobertura do solo.................................................................................. 22

2.2.3 Preparo e manejo do solo..................................................................... 23

2.2.4 Outros fatores........................................................................................ 24

2.3 Modelos de infiltração.................................................................................. 25

2.3.1 Modelo de Green-Ampt (GA)................................................................. 25

2.3.1.1 Modelo de Green-Ampt modificado por Mein e Larson (GAML)..... 31

2.3.1.2 Aplicação dos modelos de GA e GAML em solos estratificados..... 34

2.3.1.3 Determinação dos parâmetros dos modelos de GA e GAML......... 38

2.3.1.3.1 Umidade na zona de transmissão (θw)...................................... 39

2.3.1.3.2 Condutividade hidráulica na zona de transmissão (Kw)............ 40

2.3.1.3.3 Potencial matricial na frente de umedecimento (f).................. 42

2.3.1.4 Aplicabilidade dos modelos de GA e GAML................................... 44

3 MATERIAL E MÉTODOS.............................................................................. 47

3.1 Ensaios de infiltração.................................................................................. 47

3.2 Determinação das características físicas do solo....................................... 58

3.3 Análise estatística........................................................................................ 59

3.4 Simulação do processo de infiltração utilizando o modelo de GA para

solos estratificados......................................................................................

59

3.4.1 Ajuste dos parâmetros do modelo de GA.............................................. 59

3.4.2 Avaliação do modelo de GA.................................................................. 61

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................... 64

4.1 Caracterização físico-hídrica do solo.......................................................... 64

4.2 Relação θw/θs para os ensaios de infiltração realizados............................. 66

4.3 Taxa de infiltração e tempo de empoçamento ........................................... 68

4.4 Simulações do processo de infiltração utilizando o modelo de GA............. 75

5 CONCLUSÕES.............................................................................................. 90

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................. 91

13

1 INTRODUÇÃO

A infiltração é um fenômeno físico que consiste na entrada de água no

solo pela sua superfície, podendo ser influenciada principalmente pelas

condições da superfície do solo, umidade inicial do perfil, existência de

camadas menos permeáveis ao longo do perfil, topografia do terreno,

propriedades físicas do solo, modo como a água atinge sua superfície e

pelas características da água que infiltra.

Entre os diversos parâmetros componentes do ciclo hidrológico, pode-

se afirmar que a infiltração é um dos mais importantes. As vazões dos

cursos d’água nos períodos de estiagem dependem da água que infiltra no

solo e reabastece os aqüíferos subterrâneos. A água infiltrada também

determina o balanço de água na zona radicular das culturas. A infiltração é,

ainda, determinante da ocorrência do escoamento superficial, responsável

por fenômenos indesejáveis, como a erosão e inundações (Brandão et al.,

2006).

Nesse sentido, o conhecimento do processo de infiltração e sua

relação com as características do solo são de fundamental importância para

o eficiente manejo do solo e da água nos cultivos agrícolas. Devido à

dificuldade em caracterizar todas as variáveis que interferem na infiltração e

em definir a intensidade com que algumas delas afetam o processo, diversos

modelos empíricos e físicos têm sido propostos visando simplificar o estudo

da infiltração da água no solo.

Os modelos empíricos requerem informações simples, mas somente

são válidos para as condições em que foram calibrados, sendo mais

comumente utilizados os de Kostiakov, Kostiakov-Lewis, Horton e Holtan.

Por outro lado, os modelos físicos são fundamentados na teoria física do

fluxo em meios porosos, que é descrito pelas equações de Darcy e de

Richards, podendo ser aplicados em diferentes tipos de solo sob diferentes

condições de uso e manejo, sendo necessário o conhecimento das

características inerentes a cada situação, destacando-se os modelos de

Philip, Green-Ampt e o de Green-Ampt modificado por Mein e Larson.

14

No modelo desenvolvido por Green e Ampt (1911) - GA, a infiltração

da água no solo é função da condutividade hidráulica do solo saturado, do

potencial matricial na frente de umedecimento e das umidades inicial e de

saturação do solo (umidade final), e não do tempo de ocorrência do

processo. Neste modelo, baseado na equação de Darcy, admite-se a

existência de uma carga hidráulica constante na superfície do solo, o que,

entretanto, não ocorre em condições de precipitação ou irrigação, uma vez

que o empoçamento da água só ocorre quando a intensidade de

precipitação excede a capacidade de infiltração.

Para possibilitar a determinação da infiltração em condições

anteriores ao empoçamento da água na superfície do solo, Mein e Larson

(1973) modificaram o modelo de Green-Ampt, passando a denominar-se

modelo de Green-Ampt-Mein-Larson - GAML. Os modelos de GA e GAML

são dois dos modelos físicos mais utilizados devido à simplicidade física e

por apresentar resultados satisfatórios na estimativa da infiltração

Nos modelos de GA e GAML assume-se o solo com perfil homogêneo

e profundidade infinita e a existência de uma frente de umedecimento, acima

da qual o solo se encontra uniformemente saturado, e que o potencial

matricial nesta frente permanece igual ao valor do potencial matricial antes

da infiltração. É assumido também que a água penetra no solo

abruptamente, o que resulta na formação de duas regiões, uma em que o

solo se encontra saturado e a outra com umidade correspondente àquela

que possuía antes do início da infiltração.

Entre as desvantagens da utilização dos modelos de GA e GAML

tem-se o fato dos parâmetros de entrada desses modelos não

representarem fielmente as condições reais de ocorrência da infiltração e a

dificuldade e pouca confiabilidade nos métodos de obtenção desses

parâmetros. Na grande maioria dos casos os solos são heterogêneos, a

variação da umidade inicial e das características físicas do solo ao longo da

profundidade tornam a frente de umedecimento cada vez mais difusa à

medida que se desloca no solo, e não abrupta como pressupõem os

modelos, dificultando a determinação do potencial matricial com precisão. O

15

aprisionamento de ar nos poros do solo impede que a umidade de saturação

seja atingida na região acima da frente de umedecimento, sendo que a

máxima umidade atingida pelo solo é a umidade na zona de transmissão,

sendo assim, a condutividade hidráulica na zona de transmissão não é

equivalente a condutividade hidráulica do solo saturado.

Diversos estudos foram desenvolvidos em solos brasileiros visando à

definição de quais combinações entre métodos de estimativas dos

parâmetros de entrada dos modelos de GA produzem melhores resultados

na estimativa da infiltração da água no solo, no entanto, a maioria desses

estudos não foi conduzida em condições de perfil de solo natural.

Diante do exposto, assumiu-se a hipótese de que o modelo de Green-

Ampt com modificações nos seus parâmetros de entrada é eficiente na

simulação do processo de infiltração da água no solo em condições de

campo. A partir da hipótese levantada, teve-se com o presente trabalho os

seguintes objetivos: determinar a curva de infiltração da água em três

Latossolos em condições de campo e avaliar o desempenho da equação de

Green-Ampt na estimativa da taxa de infiltração da água nesses solos com

diversas formas de obtenção dos seus parâmetros de entrada.

16

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Processo de infiltração da água no solo

A infiltração é o processo pelo qual a água atravessa a superfície do

solo. Brandão et al. (2006) enfatizam a importância do conhecimento do

processo de infiltração para o manejo e conservação do solo e da água,

fornecendo subsídios não somente para o dimensionamento de estruturas

de controle de erosão e de inundação, mas também para a definição de

práticas de uso e manejo do solo que sejam capazes de diminuir a erosão

até níveis toleráveis.

2.1.1 Análise física do processo de infiltração

Conforme a água infiltra no perfil do solo, as camadas superiores vão

se umedecendo de cima para baixo, modificando gradualmente o perfil de

umidade. Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tende à

saturação em toda a profundidade, sendo a camada superficial,

naturalmente, a primeira a saturar (Silveira et al., 2000).

Chow et al. (1995), Prevedello (1996) e Brandão et al. (2006)

descrevem quatro zonas de umidade ao longo do perfil de umedecimento

durante o processo de infiltração da água no solo sob condição de

empoçamento na superfície (Figura 1): zona de saturação, zona de

transição, zona de transmissão e zona de umedecimento.

A zona de saturação é normalmente uma fina camada localizada

imediatamente abaixo da superfície do solo, com espessura de

aproximadamente 1,5 cm. A zona de transição é uma região caracterizada

pelo decréscimo acentuado de umidade situada logo abaixo da zona de

saturação, com espessura em torno de 5 cm. Essas duas zonas nem

sempre são claramente distinguíveis e ocorrem em razão de variações

estruturais na superfície do solo ou por presença de ar ocluso. Na seqüência

tem-se a zona de transmissão, não saturada, onde a umidade varia pouco

17

ao longo da profundidade; esta zona aumenta de espessura com a

ininterrupta aplicação de água na superfície. Logo abaixo se tem a zona de

umedecimento, caracterizada por uma camada normalmente estreita com

acentuada redução da umidade ao longo da profundidade. A frente de

umedecimento, na qual a umidade sofre variação abrupta, representa o

limite visível da movimentação de água no solo. Abaixo da frente de

umedecimento o solo possui teor de água correspondente àquele que

possuía antes do início do processo de infiltração.

FIGURA 1. Perfil de umedecimento do solo em um tempo qualquer durante

a ocorrência da infiltração; θi é a umidade inicial do solo, θw, a

umidade na zona de transmissão e θs a umidade de saturação

do solo (extraído de Brandão et al., 2006).

2.1.2 Taxa de infiltração e capacidade de infiltração

A taxa de infiltração corresponde ao volume de água que atravessa a

unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo, podendo ser

expressa da seguinte forma:

18

i d

dt

em que:

Ti = taxa de infiltração, mm h-1;

I = infiltração acumulada, mm; e

t = tempo, h.

A estimativa da taxa de infiltração no solo é condicionante para

determinar a repartição da precipitação em infiltração e escoamento

superficial, a celeridade de penetração da frente de umedecimento no solo e

a lâmina em projetos de irrigação (Lima e Silans, 1999). Segundo Cabena

(1984) a taxa de infiltração de água no solo é talvez, isoladamente, a

propriedade que melhor reflete as condições físicas gerais do solo, sua

qualidade e estabilidade estrutural.

O conceito de capacidade de infiltração deve ser aplicado no estudo

da infiltração para distinguir a potencialidade que o solo tem de absorver

água pela superfície da taxa real de infiltração (Silveira et al., 2000).

Segundo Villela e Mattos (1975) e Hillel (1980) a capacidade de infiltração de

água representa a vazão máxima por unidade de área e por unidade de

tempo capaz de atravessar a superfície do solo caso um excesso de água

fosse aplicado.

Para Costa et al. (1999), das características do solo, a capacidade de

infiltração é uma das principais, pois reflete a capacidade máxima que o solo

tem em permitir a entrada de água no seu interior, sob determinadas

condições, tornando-se um dos parâmetros mais importantes que afetam a

irrigação.

Quando uma precipitação atinge o solo com intensidade menor que a

capacidade de infiltração, toda água infiltra no perfil do solo a uma taxa igual

à intensidade da precipitação, causando uma redução progressiva na

capacidade de infiltração devido ao umedecimento do solo. Persistindo a

(1)

19

aplicação de água, a partir de um tempo t = tp (tempo de empoçamento), a

taxa de infiltração passa a se processar nas mesmas taxas da curva de

capacidade de infiltração, passando a decrescer com o tempo, tendendo

para um valor aproximadamente constante após longo período de tempo,

caracterizado como a condutividade hidráulica do solo saturado (K0), caso

não haja aprisionamento de ar nos poros do solo, também denominada de

taxa de infiltração estável (Figura 2) (Pruski et al., 1997; Brandão et al.,

2006). Dados de taxa de infiltração estável são imprescindíveis nos modelos

utilizados para a descrição da infiltração de água no solo (Sobrinho et al.,

2003).

FIGURA 2. Curva representativa da capacidade de infiltração (CI) e da taxa

de infiltração (Ti) em função do tempo sob condições de

precipitação constante (ip); Ko equivale à taxa de infiltração

estável e tp é o tempo de empoçamento da água na superfície do

solo (extraído de Zonta, 2007).

20

2.2. Fatores que intervêm no processo da infiltração

Rawls et al. (1996) divide os fatores que interferem no processo de

infiltração da água no solo em fatores relacionados às características do

solo, fatores relacionados à cobertura do solo, fatores relacionados ao

preparo e manejo do solo e outros fatores.

Segundo Brandão et al. (2006) a principal interferência desses fatores

se dá na condutividade hidráulica, uma das mais importantes propriedades

do meio poroso relacionadas com o movimento da água no solo, e também

na ocorrência do encrostamento superficial, que influencia expressivamente

as condições de infiltração.

2.2.1 Características do solo

Os fatores relacionados ao solo incluem suas características físicas,

químicas e mineralógicas. Dentre as características físicas do solo

destacam-se a textura e a estrutura, uma vez que são determinantes da

quantidade, forma e continuidade dos macroporos e influenciam

acentuadamente a condutividade hidráulica e a estabilidade dos agregados

do solo (Brandão et al., 2006).

Solos arenosos possuem, em geral, maior quantidade de macroporos

que os de textura argilosa, apresentando, portanto, maiores valores de

condutividade hidráulica e taxas de infiltração. Todavia, solos argilosos,

devido ao arranjo de suas partículas de argila em pequenos grânulos, faz

com que estes solos apresentem comportamento relativo à infiltração de

água semelhante ao de um solo classificado como arenoso (Costa et al.,

1999; Ferreira et al., 1999; Resende et al., 2007; Alves Sobrinho et al.,

2003). Esta ocorrência é comum no universo dos Latossolos devido a sua

boa estruturação, que confere maior macroporosidade, estabilidade de

agregados, graças à presença marcante de óxidos de ferro e de alumínio, e

também devido à menor formação de encrostamento superficial, já que

possui alta estabilidade de agregados (Hillel, 1980).

21

Em relação ao silte, Brandão et al. (2006) afirma que o aumento da

sua proporção no solo diminui as taxas de infiltração. O silte tem baixa

capacidade de formação de agregados e seu diâmetro relativamente

pequeno facilita a sua movimentação no perfil do solo, causando

entupimento dos poros.

A existência de camadas menos permeáveis ao longo do perfil podem

retardar o movimento da água durante a infiltração. A camada de argila

reduz o movimento de água por causa da sua baixa condutividade hidráulica

saturada, já a camada de areia pode retardar o avanço da frente de

umedecimento em função da sua menor condutividade hidráulica não-

saturada (Pruski et al., 1997).

A presença de matéria orgânica no solo afeta grandemente a sua

estabilidade estrutural. Teores abaixo de 2%, em geral, causam redução na

estabilidade de agregados, favorecendo a formação do encrostamento

superficial (Brandão et al., 2006). Segundo Guerra (1999) a influência da

matéria orgânica é mais expressiva em solos com maior proporção de silte,

uma vez que essa fração possui baixa potencialidade em formar agregados.

As características químicas do solo também interferem na infiltração.

O aumento da concentração de íons de sódio, potássio, magnésio ou cálcio

no solo provoca a dispersão química das argilas causando a obstrução dos

poros e contribuindo para a diminuição da infiltração e da condutividade

hidráulica (Veloso, 1991; Le Bissonnais, 1995). A presença de carbonato de

cálcio no solo promove a lixiviação dos íons sódio e reduz a dispersão

química (Shainberg e Levy, 1995). O efeito dos íons na infiltração varia de

acordo com a sua concentração, com a textura e a composição mineralógica

do solo (Almeida Neto, 2007).

Em se tratando das características mineralógicas, solos formados por

argilas expansivas tendem a diminuir o tamanho dos poros e também

promovem a dispersão de argila à medida que se expandem, promovendo o

entupimento dos poros (Brandão et al., 2006). A caulinita, por estar

freqüentemente associada à ocorrência de óxidos de ferro, tende a conferir

formação de agregados mais estáveis (Bertoni e Lombardi Neto, 1999), além

22

do fato de não apresentar capacidade de expansão e contração com a

variação do grau de umidade do solo e da menor dispersibilidade em água

(Kampf e Curi, 2003) causando, portanto, maior capacidade de infiltração.

2.2.2 Cobertura do solo

A cobertura vegetal contribui para o aumento dos macroporos na

camada superficial, aumentando a condutividade hidráulica, e protege os

agregados do impacto direto das gotas de chuva, diminuindo a formação de

crosta superficial. Dessa forma, segundo Brandão et al. (2006), a cobertura

vegetal é capaz de manter altas taxas de infiltração.

A crosta superficial é uma fina camada adensada formada devido ao

impacto das gotas de chuva sobre o solo. Apesar da camada encrostada ser

geralmente pequena, sua influência na redução da infiltração é bastante

expressiva (Brandão et al., 2006).

Restos culturais sobre a superfície do solo interceptam e dissipam a

energia cinética da chuva e do escoamento superficial, diminuindo a

desagregação e o transporte de partículas, prevenindo a formação do

encrostamento superficial, diminuindo a velocidade de escoamento,

aumentando o tempo de contato água-solo e permitindo maior infiltração de

água no solo (Alves e Cabena, 1999).

Silva e Kato (1998), trabalhando em Latossolo Vermelho-Amarelo

com cobertura vegetal, encontraram valores de taxa de infiltração estável

(Tie) variando de 56 a 96 mm h-1 e, sem cobertura vegetal, o valor da TIE

variou de 51 a 78 mm h-1, caracterizando o efeito positivo da cobertura

vegetal na infiltração de água no solo.

Oliveira (2000) avaliou a taxa de infiltração da água no solo com

diferentes tipos de cobertura (vegetação espontânea, mucuna e milho) e

sem cobertura. Os maiores valores observados foram para as condições

com cobertura vegetal, com destaque para a mucuna e vegetação

espontânea.

23

2.2.3 Preparo e manejo do solo

O tipo de preparo e manejo do solo interfere nas condições de sua

superfície e acabam por afetar a infiltração da água. O preparo convencional

do solo envolve aração e gradagens, com incorporação de restos culturais,

com intensa mobilização, expondo-o à ação dos agentes erosivos. Sob

essas condições, quando da incidência de chuvas intensas, pode-se formar

uma crosta superficial com redução da porosidade, diminuindo a taxa de

infiltração de água no solo (Dalla Rosa, 1981). Por outro lado, Barcelos et al.

(1999) argumentam que o preparo convencional promove irregularidades na

superfície do solo, facilitando o represamento de água e reduzindo o

escoamento superficial devido à mini-depressões formadas.

Cecílio e Pruski (2004) levantaram dados de diversas pesquisas

comparando taxas de infiltração em sistemas de preparo convencional com

o plantio direto e encontraram valores médios para a taxa de infiltração

estável (Tie) cerca de 32% maiores nas áreas sob plantio direto. Alves e

Cabena (1999) e Sobrinho et al. (2003) trabalhando sob dois sistemas de

cultivo, plantio direto e plantio convencional, sob chuva simulada, obtiveram

maiores valores de infiltração acumulada e Tie no sistema de plantio direto.

Silva e Kato (1997) estudaram a infiltração de água em um Latossolo

Vermelho-Amarelo sob sistema de preparo convencional, plantio direto e

Cerrado e verificaram maior macroporosidade e condutividade hidráulica no

solo sob Cerrado. Angelotti Netto e Fernandes (2005) encontraram maiores

valores de infiltração acumulada e taxas de infiltração no solo sob sistema

de manejo convencional associado à escarificação em relação ao solo

mantido sob pousio. Segundo os autores, os maiores valores encontrados

para os solos sob preparo convencional deveu-se ao revolvimento da

camada arável associado ao rompimento de possíveis camadas

compactadas na subsuperfície.

Em sistemas de manejo pouco mobilizadores de solo, a elevada

macroporosidade é devida à ação de raízes, de minhocas, de insetos

presentes no solo, que, aliada a continuidade desse sistema poroso,

24

favorecem a infiltração de água (Dunn e Phillips, 1991). Por outro lado, no

preparo convencional, a continuidade do sistema poros é destruída pelas

operações de preparo.

2.2.4 Outros fatores

Os outros fatores que afetam a infiltração da água no solo incluem as

características da chuva e da água. As características da chuva, tais como

intensidade, diâmetro médio da gota e sua velocidade final influenciam

diretamente na formação da crosta superficial. Nos últimos anos, pesquisas

têm mostrado a importância da energia cinética das gotas na formação do

encrostamento superficial, pois se verifica que o aumento da energia cinética

causa diminuição da condutividade hidráulica do solo (Amorim et al., 2001).

Em relação à água, a temperatura influencia na sua viscosidade e,

conforme a temperatura se eleva, a viscosidade é diminuída, promovendo

um aumento na condutividade hidráulica do solo (Reichardt, 1996). Líquidos

com alta concentração de sólidos podem causar a obstrução dos poros e a

formação de crosta na superfície dos solos, reduzindo a infiltração da água

(Brandão et al., 2006). A composição iônica e a condutividade elétrica da

água influem na dispersão química das argilas e, portanto, também afetam a

infiltração (Shainberg e Levy, 1995).

O conteúdo inicial de água no perfil do solo também interfere na

infiltração. Quando a água é aplicada em um solo seco, não há movimento

descendente dessa água até que as partículas do solo estejam envolvidas

por uma fina película de água. As forças de atração molecular e capilar

fazem com que a capacidade de infiltração inicial de um solo seco seja muito

alta. À medida que a água percola, a camada superficial vai ficando

saturada, fazendo com que as forças de capilaridade se tornem pouco

significativas, diminuindo a infiltração, que tende a um valor constante

(Bernardo et al., 2005).

25

2.3 Modelos de infiltração

Devido à dificuldade em caracterizar todas as variáveis que interferem

na infiltração, diversos modelos, empíricos ou com fundamentação teórica,

têm sido propostos visando simplificar o estudo da infiltração da água no

solo.

Os modelos empíricos, segundo Brandão et al. (2006), têm a

vantagem de permitir relacionar seus parâmetros com características do

solo, de forma simplificada. Assim, na determinação de seus parâmetros,

englobam-se alguns fatores que são difíceis de serem considerados nas

equações com bases teóricas, por exemplo, a heterogeneidade do solo. A

principal limitação dos modelos empíricos é que os dados ajustados

somente são válidos para as condições em que foram determinados. Os

modelos empíricos mais comumente utilizados são os de Kostiakov,

Kostiakov-Lewis, Horton e Holtan (Quadro 1).

Diferentemente dos modelos empíricos, os modelos teóricos são

fundamentados na teoria física do fluxo em meios porosos, que é descrito

pela equação de Darcy. Especificam condições de contorno apropriadas e

requerem dados de entrada detalhados. Dentre esses modelos destacam-se

os de Philip, Green-Ampt e o de Green-Ampt modificado por Mein e Larson

(Quadro 2) (Brandão et al., 2006).

2.3.1 Modelo de Green-Ampt (GA)

Dentre os modelos teóricos, o desenvolvido por Green-Ampt é um dos

mais bem embasados fisicamente e, portanto, um dos mais empregados. O

modelo de infiltração desenvolvido por Green e Ampt (1911) foi derivado da

equação de Darcy e baseia-se nas seguintes premissas: a) durante o

processo de infiltração existe uma carga hidráulica (H0) constante na

superfície do solo; b) solo com perfil homogêneo e profundidade infinita; c)

existência de uma frente de umedecimento, acima da qual o solo se

encontra saturado, e que o potencial matricial (f) nesta frente permanece

26

QUADRO 1. Modelos empíricos utilizados para descrever o processo de infiltração da água no solo.

Modelos Taxa de infiltração Hipóteses

Kostiakov

(1932)

Os parâmetros não têm significado

físico próprio e são avaliados a

partir de dados experimentais,

podendo ser determinados

estatisticamente.

Kostiakov-

Lewis

(1945)

Introduziu-se um termo de

infiltração constante na equação de

Kostiakov para descrever a

infiltração de forma adequada

quando os tempos forem longos

Horton

(1940)

A equação foi estabelecida

considerando que a redução da

taxa de infiltração com o tempo é

fortemente controlada por fatores

que ocorrem na superfície do solo e

que nessa redução a taxa de

infiltração se aproxima de um valor

constante.

Holtan

I = If + a (M – I)n

A equação parte da premissa de

que a umidade, a porosidade e as

fendas criadas no solo pelo sistema

radicular são os principais fatores

que afetam a infiltração

27

QUADRO 2. Modelos teóricos utilizados para descrever o processo de infiltração da água no solo.

Modelos Taxa de infiltração Hipóteses

Green-Ampt

(1911)

Modelo derivado da equação de

Darcy desenvolvido para estimar a

infiltração de água em solos

homogêneos submetidos a uma

carga hidráulica constante. Por

exprimir a infiltração em função de

parâmetros físicos do solo e não do

tempo de ocorrência do processo

destaca-se dos demais.

Green-Ampt-

Mein-Larson

(1973)

Mein e Larson (1973) modificaram o

modelo de Green-Ampt para que

este pudesse ser aplicado também

no período de tempo durante o qual

não ocorre empoçamento de água

na superfície do solo; passou a ser

aplicável para condições de

infiltração durante a precipitação.

Philip

(1957)

Equação derivada da equação de

Richards e solucionada a partir da

consideração da condição de

contorno de saturação permanente

na superfície do solo.

igual ao valor do potencial matricial antes da infiltração; e d) a água penetra

no solo abruptamente, resultando na formação de duas regiões: a primeira

em que solo se encontra saturado (s) e a segunda com umidade

correspondente àquela que possuía antes do início da infiltração (i) (Figura

3), caracterizando o denominado movimento tipo pistão.

28

FIGURA 3. Distribuição da umidade ao longo do perfil do solo durante a

infiltração; H0 é a carga hidráulica, L, a profundidade da frente

de umedecimento, θi, a umidade inicial do solo e θs, a umidade

do solo correspondente à saturação (extraído de Brandão et al.,

2006).

Considera-se o movimento de um pistão com diâmetro (s - i) e

comprimento correspondente à profundidade da frente de umedecimento.

Assim, a equação de Green-Ampt está sujeita às seguintes condições

iniciais de contorno:

Para t = 0, = i quando z ≤ 0 (direção vertical z é orientada

positivamente para cima);

Para t > 0 e z = 0, = s;

Para t ≥ 0 e z -∞, = i;

Para t ≥ 0 e z 0, p = H0.

em que:

p = potencial de pressão, L.

29

Considerando os potenciais totais nos pontos (1) e (2) da Figura 3 e o

plano de referência na superfície do solo, tem-se:

t1 = z1 + m1 + p1 = 0 + 0 + H0 = H0 (2)

t2 = z2 + m2 + p2 = -L + f + 0 = -L + f (3)

em que:

m2 = f = potencial matricial na frente de umedecimento, L; e

L = profundidade da frente de umedecimento, L.

Para facilitar a utilização da equação de Green-Ampt, o potencial

matricial na frente de umedecimento deve ser correspondente aquele que

possuía antes do início da infiltração, que é igual ao do solo abaixo da frente

de umedecimento. Dessa forma, o gradiente de potencial entre os pontos (1)

e (2) é assim representado:

t

z =

t2-t1

(4)

e o fluxo será:

q= -K0 t2-t1

(5)

Substituindo as equações (1) e (2) na equação (4), tem-se:

q= -K0 - f - 0

(6)

Igualando o fluxo (q) à taxa de infiltração (i), tem-se:

30

i = d

dt = K0

0-f

(7)

Como o potencial matricial na frente de umedecimento apresenta

sempre valor negativo, considera-se o valor de f como o seu módulo.

Quando o valor de H0 é comparado à soma dos valores do potencial

gravitacional (L) e matricial (f) percebe-se que este é muito pequeno e,

portanto, seu valor é desconsiderado no modelo de Green-Ampt, que fica

representado pela expressão:

i = K0 f

= K0 1

f

(8)

em que:

i = taxa de infiltração, L T-1;

K0 = condutividade hidráulica do solo saturado, L T-1;

f = potencial matricial do solo na frente de umedecimento, L; e

L = profundidade da frente de umedecimento, L.

Sendo I = L (s - i) e rearranjando-se a equação (7), encontra-se:

i = K0 1 f

(θs-θi)

(9)

A Infiltração acumulada pode ser então calculada pela I(t) =

.

Substituindo i(t) =

na equação 9 e integrando-a, encontra-se a equação

para determinar a lâmina acumulada em função do tempo. Sabendo-se que

I(t) = 0 para t = 0, tem-se:

31

K0t = I(t) - f(θs – θi)ln 1 (t)

f (θs-θi) (10)

Dentre os modelos disponíveis para estimar a infiltração da água no

solo, o de Green-Ampt é um dos mais usados devido à obtenção

razoavelmente fácil de seus parâmetros de entrada e por estar

fundamentado no processo físico da infiltração.

Apesar de ser um modelo bastante conveniente, Brandão et al.

(2006) afirma que seus principais inconvenientes estão relacionados com as

suas premissas. A premissa da existência de uma carga hidráulica constante

na superfície do solo não corresponde às condições iniciais da infiltração

que ocorre sob efeito da precipitação ou mesmo da irrigação. Na maioria dos

casos, os solos são heterogêneos e os valores de K0 e f podem variar no

espaço e no tempo e a umidade inicial não é sempre uniforme ao longo da

profundidade do solo. O modelo de Green-Ampt também não simula

satisfatoriamente a infiltração em solos com camada de impedimento ou com

lençol freático raso.

2.3.1.1 Modelo de Green-Ampt modificado por Mein e Larson (GAML)

Uma das premissas admitidas no desenvolvimento da equação de

Green-Ampt é a existência de uma carga hidráulica constante na superfície

do solo. Essa situação, entretanto, não corresponde às reais condições de

infiltração da água no solo em condição de precipitação, uma vez que o

empoçamento de água na superfície do solo só ocorre quando a intensidade

de precipitação excede a capacidade de infiltração.

Mein e Larson (1973) modificaram o modelo de Green-Ampt

possibilitando a determinação da infiltração em condições anteriores ao

empoçamento da água na superfície do solo, sendo este novo modelo

denominado de Green-Ampt-Mein-Larson (GAML).

Os autores, neste novo modelo, consideram o comportamento da

infiltração a partir da individualização de três estágios diferentes (Figura 4).

32

Considerando que uma precipitação de intensidade ip é aplicada a um solo

com condutividade hidráulica para condições de saturação (K0) e capacidade

de infiltração CI, tem-se:

Estágio A: ip < K0. Para esta condição não ocorre escoamento

superficial já que toda a água precipitada infiltra no solo, portanto Ti = ip.

(Figura 4, linha A).

Estágio B: K0 < ip ≤ CI. Toda a água infiltra no solo, aumentando a

umidade do solo próximo à superfície. Ti = ip. (Figura 4, trecho retilíneo B da

curva BC).

Estágio C: K0 < CI ≤ ip. A taxa de infiltração é igual à capacidade de

infiltração do solo e começa a diminuir com o tempo, portanto Ti = CI. Inicia-

se o escoamento superficial. (Figura 4, trecho C da curva BC).

FIGURA 4. Diferentes estágios da infiltração sob condições de precipitação.

Ti é a taxa de infiltração da água no solo; K0, a condutividade

hidráulica do solo saturado; A = ip (intensidade de precipitação) <

K0; B = K0 < ip ≤ CI (capacidade de infiltração); e C = K0 < CI ≤ ip

(extraído de Brandão et al., 2006).

Grande parte dos modelos de predição da infiltração da água no solo

tem sido aplicada para o estágio C (Figura 4), dentre eles está o modelo de

Green-Ampt, que considera uma condição de empoçamento constante

desde o início da infiltração. Mein e Larson (1973), porém, consideraram os

33

dois estágios, B e C, uma vez que defendiam a idéia de que a situação B

influenciava a situação C.

O modelo de GAML prediz a lâmina de água infiltrada antes do

empoçamento da água na superfície do solo. Esta lâmina é estimada a partir

da equação:

Ip = f (θs - θi)

ip

0 - 1

(11)

em que:

Ip = lâmina infiltrada antes do empoçamento, L; e

ip = intensidade de precipitação, L T-1.

O modelo de GAML elimina a desvantagem do modelo de GA original

de sempre considerar uma carga hidráulica constante na superfície do solo,

mas, por outro lado, admite uma intensidade de precipitação constante, o

que na maioria dos casos não acontece. Smith e Parlange, citados por

Rodrigues (1999) sugeriram uma adaptação na equação de GAML para

condições de precipitação variável e intermitente, em que a intensidade de

precipitação passa a ser dependente do tempo:

Ip = f (θs - θi)

ip(t)

0 - 1

(12)

O tempo decorrido entre o início da infiltração e o empoçamento da

água no solo é dado por:

34

tp = p

ip (13)

em que:

tp = tempo de início do empoçamento, T.

A partir do empoçamento da água na superfície do solo, a taxa de

infiltração se iguala a capacidade de infiltração, ou seja:

i = K0 1 f(θs-θi)

(14)

Embora Mein e Larson (1973) tenham utilizado condições diferentes

na derivação do seu modelo, a equação (12) é idêntica a equação de Green-

Ampt original, apenas com a escala de tempo traduzida para considerar a

infiltração antes do empoçamento da água na superfície do solo (Brandão et

al., 2006).

2.3.1.2 Aplicação dos modelos de GA e GAML em solos estratificados

Uma das pressuposições admitidas no desenvolvimento do modelo de

GA e GAML é que o solo possui perfil homogêneo, o que, na grande maioria

dos casos, não constituí em uma verdade. A variabilidade, tanto espacial

quanto temporal das características físicas do solo, é muito grande,

causando heterogeneidade de suas camadas ao longo de sua profundidade.

Diante disso, vários autores modificaram os modelos de GA e GAML para

sua aplicação em solos estratificados.

Chow et al. (1995) propuseram modificações na equação de GA para

ser usada em solos com dois estratos (Figura 5). Os autores consideraram a

existência de uma carga hidráulica constante Ho na superfície do solo. O

estrato superior possui profundidade H1, condutividade hidráulica do solo

35

saturado K01, potencial matricial 1 e déficit de umidade inicial (θs1 – θi2) =

θ1. O estrato inferior é representado por profundidade H2, condutividade

hidráulica do solo saturado K02, potencial matricial 2 e déficit de umidade

inicial θ2. Considera-se também que a frente de umedecimento se encontra

a uma distância L2 abaixo do estrato superior (L2<H2) e que K01 > K02, para

que o estrato superior permaneça saturado enquanto a água penetra no

estrato inferior.

FIGURA 5. Parâmetros do modelo de GA para solos com dois estratos; H0 é

a carga hidráulica constante na superfície do solo, H1 e H2 são

as profundidades dos estratos superior e inferior,

respectivamente, L é a profundidade da frente de umedecimento,

K0, a condutividade hidráulica do solo saturado, , o potencial

matricial na frente de umedecimento e θ é o déficit de umidade

inicial (extraído de Cecílio, 2002).

A condutividade hidráulica equivalente (Keq) da região saturada pode

ser expressa por:

Keq = 1 2 1

01 2

02

(15)

36

Aplicando a equação de Darcy entre a superfície do solo e a

profundidade da frente de umedecimento e considerando H0 bem menor que

o potencial matricial na frente de umedecimento, obtém-se:

Ti = Keq f2 1 2

( 1 2) (16)

Substituindo a equação (14) na (15), tem-se a equação de Green-

Ampt para solos com dois estratos, representada por:

Ti = 01 02

1 02 2 01

(2+H1+L2) (17)

A infiltração acumulada pode ser expressa pela equação:

I = H1θ1+L2θ2 (18)

Em condições de empoçamento, as equações (7) e I = L (s - i) são

utilizadas, caso a profundidade da frente de umedecimento, L, seja menor ou

igual à profundidade do estrato superior, H1 ( ≤ 1), caso contrário, quando

L > H1, as equações (16) e (17) são utilizadas. A infiltração acumulada sob

condições de empoçamento pode ser calculada pela equação (11), caso ≤

H1. Quando L > H1, utiliza-se a equação proposta por Moore e Eigel (1981):

Is =

θ2 1 2 - 1θ2 02

01

ip

02

ip

02 - 1

+ H1θ1 (19)

Na aplicação do modelo de GA ou GAML, considera-se um perfil de

solo estratificado, composto por n camadas de espessura H1, H2, ..., Hn, a

partir da superfície, com condutividade hidráulica sob condições de

37

saturação K1, K2, ..., Kn, déficit de umidade θ1, θ2, ..., θn e potencial

matricial na frente de umedecimento 1, 2, ..., n. O déficit de umidade é a

diferença entre a umidade do solo saturado e a umidade inicial do solo

(Cecílio, 2005).

Hachum e Alfaro (1980) também propuseram modificações no modelo

de GA para estimar a taxa de infiltração em solos estratificados para

qualquer tempo maior ou igual ao tempo em que ocorre a saturação da

superfície:

Ti = K* 1

m (20)

em que:

K* = condutividade hidráulica equivalente das camadas de solo

saturado, L T-1;

= potencial matricial médio na frente de umedecimento, L;

Lm = profundidade da frente de umedecimento, L.

A variável K* é tomada como a média das m camadas situadas acima

da frente de umedecimento, sendo expressa por:

K* = m

i

i

ji 1

(21)

em que:

Hi = espessura da camada i, L;

Ki = condutividade hidráulica da camada i; L T-1; e

j = número de camadas situadas acima da frente de umedecimento.

38

Cecílio (2002) propõe o cálculo da lâmina acumulada dentro de cada

camada por meio da equação:

Ii = Hi (θw – θi) (22)

em que:

Ii = lâmina acumulada na camada i, L;

θw = umidade na saturação de campo da camada, L3 L-3; e

θi = umidade inicial da camada, L3 L-3.

2.3.1.3 Determinação dos parâmetros dos modelos de GA e GAML

Para aplicação dos modelos de GA e GAML é necessário o

conhecimento dos parâmetros de entrada θs, K0 e f. Além da determinação

desses parâmetros ser difícil, sua utilização não representa fielmente as

condições reais de ocorrência da infiltração, fazendo com que vários autores

propusessem modificações na forma de determinação dos parâmetros

desses modelos.

Umas das premissas dos modelos de GA e GAML é que a região

acima da frente de umedecimento encontra-se saturada, portanto, o

aprisionamento de ar nos poros do solo impede que a umidade de saturação

(θs) seja atingida. Esse comportamento foi observado por Slack (1980), o

qual sugere a utilização da umidade na zona de transmissão (θw), menor que

θs, que é a máxima umidade atingida no campo durante a infiltração.

Como a frente de umedecimento se encontra em uma região em que

a saturação do solo não é completa, alguns autores sugerem a utilização da

condutividade hidráulica na zona de transmissão (Kw) em vez da

condutividade hidráulica do solo saturado (K0).

A frente de umedecimento não é abrupta, como pressupõe os

modelos de GA e GAML. A desuniformidade da umidade do solo no início da

infiltração e a variação das suas características físicas ao longo da

39

profundidade tornam a frente de umedecimento cada vez mais difusa à

medida que se desloca no solo (Wang e Benson, 1995), impedindo que o

parâmetro f seja determinado com precisão (Rodrigues, 1999).

Sendo assim, diversos autores, objetivando melhorar a predição da

infiltração da água no solo utilizando os modelos de GA e GAML,

propuseram a substituição de θs por θw, K0 por Kw e sugeriram alternativas

para obtenção de f.

2.3.1.3.1 Umidade na zona de transmissão (θw)

Solos de textura fina tendem a apresentar menos ar aprisionado em

relação aos de textura grossa (Wilson et al., citados por Moore et al., 1981).

Em estudos realizados por Bloomsburg e Corey, citados por Slack et al.

(1988) solos com tamanhos de poros mais uniformes, maior pressão de

borbulhamento e de textura mais fina apresentaram maiores valores de θw

(θw/ θs), uma vez que esses solos têm tendência de aprisionar menos ar;

solos com tamanhos de poros intermediários e os solos argilosos

compactados apresentaram, respectivamente, menores e maiores valores

relativos de θw.

Brakensiek e Onstad (1977) obtiveram valores de θw variando entre

0,55 θs e 0,90 θs. Onstad et al. (1973) encontraram um valor médio de 0,86

θs. Slack (1980) indica valores de 0,8 θs para solos de textura arenosa e 0,9

θs para os de textura argilosa. Slack et al. (1988) sugerem valores de 0,73 θs

para solos de textura média, 0,79 θs para solos de textura arenosa e 0,91 θs

para os de textura argilosa. Zirbel et al., citados por Rodrigues (1999)

obtiveram valores de θw variando de 0,79 θs em solo de textura grossa a

0,84 θs em solo de textura fina.

Em estudos com solos do Brasil, Cecílio (2002) trabalhando com

Latossolo Vermelho-Amarelo textura argilosa e textura franca encontrou

valores de θw variando entre 0,79 a 0,81 θs e 0,85 a 0,86 θs,

respectivamente. Mello (2003), também trabalhando com Latossolo

Vermelho-Amarelo, propõe a utilização de valores de θw variando entre 0,76

40

e 0,92 θs para textura muito argilosa e entre 0,81 e 0,94 θs para textura

franca. Os valores relativos de θw aumentaram com um incremento na

densidade do solo.

Cecílio (2005) obteve valores de θw médios de 0,97 θs em Argissolo

Vermelho de textura muito argilosa e 0,86 θs em Latossolo Vermelho de

textura franco-arenosa. Zonta (2007) estudando Cambissolo Háplico Tb

distrófico com cobertura morta encontrou valores médios de θw para o

horizonte A de 0,94 θs e 0,95 θs para o horizonte B, sendo este de textura

mais fina. Nos ensaios realizados em solo sem cobertura morta, os valores

médios foram de 0,93 θs para o horizonte A e 0,94 θs para o horizonte B.

2.3.1.3.2 Condutividade hidráulica na zona de transmissão (Kw)

Os métodos existentes para estimar a condutividade hidráulica partem

de equações empíricas derivadas de dados experimentais e equações

físicas, que exprimem a condutividade hidráulica em função da umidade ou

do potencial matricial do solo. Silva e Kato (1998) sugerem a utilização do

valor da taxa de infiltração estável (Tie) como a condutividade hidráulica na

zona de transmissão (Kw), proposta que vem apresentando ótimos

resultados na estimativa da infiltração (Cecílio et al., 2003; Cecílio, 2005).

Devido ao fato de não ocorrer a completa saturação na zona de

transmissão, alguns autores sugerem a utilização de Kw em substituição a

K0. Alguns pesquisadores sugerem que a determinação de Kw seja feita

multiplicando-se o valor de K0 por um fator com valor entre 0 e 1, com o

objetivo de considerar o efeito do aprisionamento de ar nos poros do solo.

Bouwer (1969) sugere que Kw seja igual a 0,5 K0. Moore et al. (1981)

indicam um valor mínimo de Kw igual 0,4 K0. Chérif et al. (2004)

recomendam um valor máximo igual a 0,62 K0.

Diversas equações empíricas têm sido propostas para o cálculo de

K0. Brakensiek et al. (1984) sugerem uma extensa equação que utiliza

algumas propriedades do solo:

41

K0 = 10 exp (x) (23)

x = (19,52348 PT - 8,96847 - 0,028212 ARG + 0,00018107 AT2 -

0,0094125 ARG2 - 8,395215 PT2 + 0,077718 AT PT - 0,00298 AT2

PT2 - 0,019492 ARG2 PT2 + 0,0000173 AT2 ARG + 0,02733 ARG2 PT

+ 0,0011434 AT2 PT - 0,0000035 ARG2 AT)

em que:

PT = Porosidade total do solo, m3 m-3;

ARG = Argila, % e

AT = Areia total, %.

Saxton et al. (1986) indicam o cálculo de K0 utilizando os teores de

argila e areia do solo, por meio da equação:

Ks = 10 exp (x) (24)

x = (12,012 - 0,0755 AT + (- 3,895 + 0,03671 AT - 0,1103 ARG +

0,00087546 (ARG2)) / (0,332 - 0,000751 AT + 0,1276 log10 (ARG)))

em que:

ARG = Argila, % e

AT = Areia total, %.

Kidwell et al. (1997) propõe o uso das equações utilizadas pelo

modelo WEPP (Water Erosion Prediction Project) para o cálculo de Kw (m s-

1):

Caso o teor de argila do solo seja menor ou igual a 40%:

Kw = - 0,46 + 0,05 Sa1,25 + 9,44 CTC-0,69 (25)

em que:

Sa = teor de areia, %; e

42

CTC = capacidade de troca catiônica, cmolc/dm3.

Se a CTC for menor ou igual a 1, utiliza-se:

Kw = 8,98 + 0,05 Sa1,25 (26)

Caso o teor de argila do solo seja superior a 40%, Kw é calculada por

Kw = - 0,016 e171/Cl (27)

em que:

Cl = teor de argila da camada superficial do solo, %.

2.3.1.3.3 Potencial matricial na frente de umedecimento (f)

Dos parâmetros de entrada da equação de Green-Ampt, o valor de

é o de mais difícil determinação. Diversos autores têm indicado diferentes

métodos para o cálculo de f; da mesma forma que para estimativa de Kw,

alguns destes métodos são empíricos e outros possuem fundamentação

física. Bouwer (1969) recomenda que o valor de f seja metade da pressão

de borbulhamento do solo (0,5 Pb). Brakensiek e Onstad (1977) sugere um

valor médio de 0,76 Pb para f, também sugere a utilização da equação (19),

que calcula f a partir do índice de distribuição do tamanho de poros () e de

Pb, sendo f e Pb expressos em mm:

f 2 3

1 3

Pb

2 (28)

As constantes Pb e da

curva de retenção de água no solo, sendo que o valor de corresponde à

declividade da equação da reta da relação Se (equação 20) x na escala

43

log-log, enquanto o valor de Pb corresponde ao intercepto do prolongamento

da reta até o valor de Se = 1.

e θ- θr

- θr (29)

em que:

Se = saturação efetiva, adimensional

θr = umidade residual do solo, cm3 cm-3

= porosidade do solo, cm3 cm-3

As constantes θr, b são obtidas por intermédio da metodologia

proposta por Brooks e Corey (1964).

Risse et al. (1995) recomendam o cálculo de f (expresso em mm)

com base na textura e porosidade do solo, de acordo com a equação:

f = 0,01e (30)

= (6,531 - 7,326 +1 5,8 C2 + 3,809 2 + 3,44 S C - 4,989 S +

16,1S2 2 + 16C2 2 - 13,6 S2 C - 34,8 C2 - 7,99S2 )

em que:

S - teor de areia, decimal;

C - teor de argila, decimal; e

= porosidade, m3 m-3

Van Mullem (1989), citado por Rawls et al. (1996), sugere a

determinação de f (expresso em cm) a partir de K0 (expresso em cm h-1):

f = 4,903 (K0 + 0,02)-0,4932 (31)

44

Cecílio (2002) sugere o uso do potencial matricial na equação de

Green-Ampt como sendo a média entre os potenciais matriciais do solo

correspondentes às umidades inicial e de saturação, utilizando-se da curva

característica de retenção de água nas diferentes camadas do solo.

Ataíde (2005), ao analisar dados de infiltração de três solos

brasileiros, propôs quatro diferentes equações para o cálculo de f:

f = -1151,78 + (3122,53 ) – (4,27 K0) + (1767,23 Silte) (32)

f = 267,51 – (3,39 K0) + (204938 Silte) (33)

f = 1040,66 – (7,10 K0) – (1953,09 macro) (34)

f = 1066,85 – (7,73 K0) – (591,59 Sa) (35)

em que:

= porosidade total do solo, L3 L-3;

macro = macroporosidade do solo, L3 L-3;

Silte = teor de silte no solo, %; e

Sa = teor de areia no solo, %.

2.3.1.4 Aplicabilidade dos modelos de GA e GAML na predição da

infiltração

Os modelos de GA e GAML vêm apresentando bons resultados na

estimativa da infiltração da água em regiões de clima temperado, tanto em

solos homogêneos (Skaggs et al., 1969; Idike et al., 1980; Rawls e

Brakensiek, 1986; Slack et al., 1988; Silva e Serralheiro, 2005) quanto em

perfis estratificados (Hachum e Alfaro, 1980; Moore e Eigel, 1981; Chu et al.,

1986; Jennings et al., 1988; Mohamoud, 1991; Kim e Chung, 1994; King et

al., 1999; Wang et al., 1999).

45

Apesar dos bons resultados apresentados pelos modelos de GA e

GAML, ainda não existe consenso sobre quais combinações entre métodos

de estimativa dos parâmetros de entrada desses modelos que produzem

melhores resultados na estimativa da infiltração, principalmente em solos

brasileiros.

Silva e Kato (1998) aplicaram os modelos de GA e GAML em solos do

Cerrado brasileiro e concluíram que em condições de solo nu, substituindo-

se K0 pela Tie, as predições da infiltração não foram satisfatórias devido à

interferência do encrostamento superficial. Já nos solos com cobertura

vegetal morta os modelos simularam bem os valores de infiltração

acumulada e de taxa de infiltração. Brandão et al. (2006) alerta que a

desconsideração da formação do encrostamento superficial em solo

descoberto pode levar à grosseira superestimativa da infiltração.

Mello (2003) constatou que a melhor combinação entre métodos de

estimativa dos parâmetros Kw e f na predição da infiltração em perfis

homogêneos de Latossolo Vermelho-Amarelo foi considerando Kw igual à

Tie e f estimado por meio da equação (30)

Cecílio et al. (2003) estudando Latossolo Vermelho-Amarelo em

condições de estratificação obtiveram quatro combinações que produziram

bons resultados na estimativa da infiltração: Kw = 0,5 K0 e f = média entre

os potencias matriciais relativos à umidade inicial; Kw = K0 e f calculado

pela equação (30); Kw = Tie e f calculado pela equação (30); Kw = Tie e f =

média entre os potencias matriciais relativos à umidade inicial e à umidade

de saturação de campo.

Cecílio (2005) trabalhando com Latossolo Vermelho, Latossolo

Vermelho-Amarelo e Argissolo Vermelho concluíram que a melhor

combinação entre métodos de estimativa dos parâmetros Kw e f foi

tomando Kw igual à Tie e calculando f por meio da equação:

f =

b (2 3) r(θw)3 13 2 – r(θi)

3 13 2

r θw - r θi 3 1 (36)

46

em que Kr é igual à condutividade hidráulica igual a (θ)/ 0.

Zonta (2007) concluiu que a combinação Kw igual a K0 e f calculado

pela equação proposta por Cecílio (2005) apresentou o melhor desempenho

na simulação do processo de infiltração da água em um Cambissolo Háplico

Tb distrófico, com e sem cobertura vegetal morta.

47

3 MATERIAL E MÉTODOS

O presente trabalho foi desenvolvido nos municípios de Santo Antônio

do Leverger (Fazenda experimental da Faculdade de Agronomia, Medicina

Veterinária e Zootecnia da Universidade Federal de Mato Grosso) e Campo

Verde (Fazendas Santa Rosa e Pirassununga), ambos no Estado de Mato

Grosso. Foram selecionados três Latossolos que apresentam diferenças

expressivas no que se refere às suas propriedades físicas e químicas

(Tabelas 1 a 6): i) Latossolo Amarelo Eutrófico típico, textura média (LA1); ii)

Latossolo Amarelo Eutrófico típico, textura argilosa (LA2); e iii) Latossolo

Vermelho Ácrico típico, textura muito argilosa (LV). Foram utilizadas duas

condições de manejo: cultura de citros, no solo LA1 (Santo Antônio do

Leverger) e plantio direto, nos solos LA2 e LV (Campo Verde).

3.1 Ensaios de infiltração

No solo LA1 os ensaios de infiltração foram realizados nos meses de

outubro e novembro de 2009. No solo LA2 os ensaios foram efetuados antes

da colheita, com a soja dessecada, no mês março de 2010. No solo LV os

ensaios foram realizados cerca de 20 dias após a semeadura da cultura do

milho, também no mês de março.

Os ensaios de infiltração foram efetuados sob condições de chuva

simulada, sendo realizadas três repetições para cada solo, com intensidade

de precipitação constante de aproximadamente 60 mm h-1, utilizando-se um

infiltrômetro de aspersão desenvolvido por Alves Sobrinho (2002) portando

bicos modelos Veejet 80.100 a uma pressão de 32,7 kPa (Figura 6).

Ao montar o infiltrômetro no campo, nivelou-se e posicionou-se a

parte inferior do interceptor de água a 1,95 m de altura em relação ao solo;

os bicos foram posicionados na altura de 2,30 m em relação ao solo e a 0,30

m em relação ao obturador rotativo e centralizados em relação à área útil de

precipitação de 0,38 m2 (área da parcela); e foi afixada uma lona em torno

da estrutura do equipamento para evitar a interferência do vento.

48

TABELA 1. Características físicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA1).

(1) Argila dispersa em água;

(2) Grau de floculação.

Granulometria Porosidade

Horizonte Prof. Argila Silte Areia ADA(1) GF(2) Relação

Silte/Argila Macro Micro Total

cm % %

Ap 0-12 15 4 81 12 10 0,24 13,81 21,99 35,80

BA 12-44 17 4 79 14 8 0,20 13,97 20,61 34,58

Bw1 44-66 22 4 74 20 10 0,17 16,95 21,74 38,68

Bw2 66-160+ 24 4 72 6 76 0,17 19,19 22,79 41,98

Horizonte

Densidade

real

Densidade

aparente

g/cm3

Ap 2,61 1,67

BA 2,64 1,73

Bw1 2,66 1,63

Bw2 2,65 1,54

49

TABELA 2. Características químicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA1).

Horizonte pH

H2O

pH

KCl

pH(1) PCZ

est. (2) Afast.(3)

Ca2++Mg2+ K+ S(4) Al3+ H+ t(5) T(6) V(7)

(100.Al3+)/(S+Al3+)

(1:2,5) cmolc/kg %

Ap 5,8 4,0 -1,8 2,2 3,6 2,4 0,07 2,5 0,0 2,2 2,5 4,6 53,2 0,0

BA 5,8 4,2 -1,6 2,6 3,2 2,2 0,05 2,3 0,0 2,0 2,3 4,2 53,6 0,0

Bw1 5,9 4,2 -1,7 2,5 3,4 2,3 0,05 2,3 0,0 1,5 2,3 3,8 61,0 0,0

Bw2 4,8 3,7 -1,1 2,6 2,2 1,3 0,04 1,3 0,9 1,5 2,2 3,7 36,5 39,5

Horizonte C

org(8)

P

assimi-

lável

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 P2O5 MnO

SiO2/Al2O3

Si2O2/R2O3 Al2O3/Fe2O3

g/kg mg/kg g/kg (Ki) (Kr)

Ap 5,3 3,9

BA 3,0 1,1 56,72 27,40 9,36 1,14 0,65 0,12 3,52 2,89 4,59

Bw1 1,8 0,8

Bw2 1,2 0,6

(1) Delta pH (pH KCl - pH água);

(2) Ponto de Carga Zero estimado;

(3) Afastamento (pH água – PCZ est.);

(4) Soma de Bases;

(5) CTC efetiva;

(6) CTC em pH 7;

(7) Saturação

por bases; (8)

Carbono orgânico.

50

TABELA 3. Características físicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA2).

(1) Argila dispersa em água;

(2) Grau de floculação.




cm % %

Ap 0-18 46 4 50 38 25 0,08 10,80 32,55 43,35

AB 18-68 51 4 45 6 89 0,07 14,63 31,87 46,49

Bw1 68-95 53 5 42 4 93 0,09 22,33 29,64 51,98

Bw2 95-143+ 54 5 41 6 89 0,09 22,67 29,49 52,16

Horizonte Densidade

real

Densidade

aparente

g/cm3

Ap 2,61 1,48

AB 2,62 1,41

Bw1 2,64 1,27

Bw2 2,66 1,26

51

TABELA 4. Características químicas do Latossolo Amarelo Eutrófico típico (LA2).

Horizonte pH

H2O

pH

KCl

pH(1) PCZ

est.(2) Afast.(3)

Ca2++Mg2+ K+ S(4) H++Al3+ Al3+ t(5) T(6) V(7)

(100.Al3+)/(S+Al3+)

(1:2,5) cmolc/kg %

Ap 5,90 5,50 -0,40 5,10 0,80 2,2 0,08 2,28 1,27 0 2,28 3,55 64,22 0

AB 6,04 5,60 -0,44 5,16 0,88 1,5 0,09 1,59 0,82 0 1,59 2,41 65,97 0

Bw1 6,14 5,70 -0,44 5,26 0,88 1,6 0,06 1,66 0,82 0 1,66 2,48 66,93 0

Bw2 6,20 5,50 -0,70 4,80 1,40 1,2 0,08 1,28 0,82 0,2 1,48 2,30 55,65 13,51

Horizonte C org(8) P

g/kg mg/kg

Ap 1,07 10,29

AB 0,82 8,14

Bw1 0,78 7,83

Bw2 0,50 5,36




(4) Soma de Bases;

(5) CTC efetiva;

(6) CTC em pH 7;

(7)

Saturação por bases; (8)

Carbono orgânico.

52

TABELA 5. Características físicas do Latossolo Vermelho Ácrico típico (LV).




cm % %

Ap 0-10 58 23 19 32 42 0,39 14,32 46,14 60,47

AB 10-40 75 10 15 30 62 0,13 14,62 44,04 58,66

BA 40-80 78 9 13 6 93 0,11 18,20 42,36 60,57

Bw1 80-120 80 8 12 6 93 0,09 12,26 46,35 58,62

Bw2 120-180+ 79 9 12 22 93 0,10 15,23 44,36 59,59

Horizonte

Densidade

real

Densidade

aparente

g/cm3

Ap 2,59 1,02

AB 2,59 1,07

BA 2,62 1,03

Bw1 2,64 1,09

Bw2 2,63 1,06

(1)

Argila dispersa em água; (2)

Grau de floculação.

53

TABELA 6. Características químicas do Latossolo Vermelho Ácrico típico (LV).

Horizonte pH H2O pH KCl

pH(1) PCZ

est.(2) Afast.(3)

Ca2++Mg2+ K+ Na+ S(4) H++Al3+ Al3+ t(5) T(6) V(7)

(100.Al3+)/(S+Al3+)

(1:2,5) cmolc/kg %

Ap 4,70 4,20 -0,50 3,70 1,00 0,37 0,03 0,01 0,41 10,20 0,62 1,03 10,61 4,00 60,10

AB 4,80 4,40 -0,40 4,00 0,80 0,32 0,01 0,01 0,34 7,54 0,23 0,57 7,88 4,00 40,30

BA 5,50 5,00 -0,50 4,50 1,00 0,27 0,01 0,01 0,29 5,00 0,02 0,31 5,29 5,00 6,45

Bw1 6,00 6,00 0 6,00 0 0,27 0,01 0,01 0,29 3,10 0 0,29 3,39 9,00 0

Bw2 6,50 6,50 0 6,50 0 0,32 0,01 0,01 0,34 2,10 0 0,34 2,44 14,00 0

Horizonte

C org(8)

N C/N

P

assimi

-lável

g/kg mg/kg

Ap 2,83 0,18 15,72 1

AB 1,08 0,10 10,80 <1

BA 0,85 0,09 9,44 <1

Bw1 0,39 0,05 7,80 <1

Bw2 0,22 0,03 7,33 <1




(4) Soma de Bases;

(5) CTC efetiva;

(6) CTC em pH 7;

(7) Saturação por bases;

(8) Carbono orgânico.

54

FIGURA 6. Infiltrômetro de aspersão portátil utilizado no experimento.

Antes do início dos ensaios de infiltração, foram feitos testes

preliminares para obtenção da intensidade de precipitação desejada

(aproximadamente 60 mm h-1) efetuando a regulagem da abertura dos

obturadores do infiltrômetro com o auxílio de um paquímetro. Também foi

determinada a uniformidade de distribuição de água pelo infiltrômetro,

empregando-se o coeficiente de uniformidade de Christiansen (Christiansen,

1942).

Para a obtenção do volume de água aplicado pelo infiltrômetro foram

utilizados 20 copos-coletores distribuídos de forma eqüidistante na área da

parcela (0,38 m2), sendo o volume de água nos copos-coletores (8 cm de

diâmetro) medido com uma proveta (precisão de 2 mL). A intensidade de

precipitação foi determinada pela relação entre o volume de água coletado

Motor elétrico

Gerador de

energia

Manômetro

elétrico

Bicos Veejet

Motobomba

Entrada de

água

Saída da

água não

precipitada

55

nos copos-coletores durante o intervalo de tempo estabelecido e a área de

coleta dos copos-coletores.

Os ensaios de infiltração consistiram na aplicação de chuva simulada

com intensidade constante e conhecida sobre as parcelas experimentais

(espaçadas 5 m entre si) e na coleta do escoamento superficial produzido.

Em vez das tradicionais parcelas de formato retangular, optou-se no

presente trabalho pelo uso de parcelas circulares visando eliminar o “efeito

das quinas”, que afetam os resultados do escoamento. As parcelas

experimentais foram confeccionadas com chapa de inox n° 18 com área de

0,38 m2 e altura de 0,5 m, sendo 0,10 m cravados no solo (Figura 7A).

O escoamento superficial produzido durante o ensaio foi conduzido da

parcela experimental por meio de um tubo flexível de 40 mm, o qual foi

coletado e quantificado por um período de 1 minuto, a cada intervalo de

cinco minutos ao longo do ensaio (Figura 7B). O volume de água infiltrado foi

obtido através da diferença entre o volume aplicado pelo infiltrômetro e o

volume escoado superficialmente; esse volume resultante foi convertido em

lâmina, dividindo-o pela área da parcela experimental, obtendo-se o valor da

lâmina de água infiltrada no solo.

Os ensaios de infiltração duraram até quando as leituras de volume

escoado tornaram-se constantes, caracterizando a estabilização da taxa de

infiltração, denominada taxa de infiltração estável (Tie). Foram coletadas

amostras de solo no início de cada ensaio, fora da parcela experimental, e

no final dos ensaios, no centro da parcela, a cada 10 cm até a profundidade

de 1 m, para determinação da umidade inicial (θi) e na zona de transmissão

(θw), respectivamente. Tais amostras foram coletadas com um amostrador

graduado construído com tubo de inox de 1½ polegada (Figuras 8A e 8B). A

umidade foi determinada pelo método padrão da estufa (Embrapa, 1997).

Para fins de acompanhamento do deslocamento da frente de

umedecimento ao longo do perfil de solo foram instalados sensores de

umidade ECH2O (Decagon Devices, Inc.) modelo EC-20 (Figura 9A), nas

profundidades de 10-30 cm, 40-60 cm e 70-90 cm (Figura 9B).

56

FIGURA 7. Parcela experimental utilizada no experimento (A); coleta do

escoamento superficial (B).

FIGURA 8. Amostrador utilizado na coleta de solo para determinação das

umidades inicial e na zona de transmissão (A); retirada e

acondicionamento do solo (B).

(A) (B)

(A)

(A) (B)

57

FIGURA 9. Sensor de umidade ECH2O modelo EC-20 (A); sensores de

umidade instalados no solo em 3 diferentes profundidades (B).

Foram feitas leituras de umidade pelos sensores a cada minuto e

armazenadas em um datalogger, para posterior determinação do tempo

gasto para que a frente de umedecimento atingisse as profundidades onde

os sensores estavam inseridos. As leituras indicaram o momento inicial e

final da passagem da frente de umedecimento pelos sensores.

O tempo de avanço da frente de umedecimento foi definido como a

média entre o tempo inicial e final da passagem da frente. As leituras nos

sensores foram conduzidas até o momento em que foi observada a

estabilização das leituras na sonda localizada na maior profundidade. Com

base no tempo gasto para que a frente de umedecimento atingisse cada

uma das profundidades em que estavam inseridos os sensores e nas

lâminas de água aplicada e escoada superficialmente, determinou-se a

lâmina infiltrada no solo.

A intensidade de precipitação foi determinada após a execução de

cada ensaio de infiltração da mesma forma que nos testes preliminares,

sendo o volume precipitado coletado por meio de 20 copos-coletores

distribuídos na parcela (Figura 10). A lâmina precipitada foi calculada pela

razão entre o volume coletado e a área de coleta dos copos-coletores, sendo

a intensidade de precipitação igual à razão entre a lâmina precipitada e o

tempo de coleta.

(B) (A)

58

FIGURA 10. Determinação da intensidade de precipitação após a execução

do ensaio de infiltração.

3.2 Determinação das características físicas do solo

Foram coletadas amostras com estrutura deformada e indeformada

nas mesmas profundidades em que foram determinadas as umidades inicial

e na zona de transmissão (a cada 10 cm até 1 m de profundidade) com 3

repetições para cada solo. As amostras deformadas foram coletadas em

uma mini trincheira com auxílio de uma cavadeira graduada e submetidas às

seguintes determinações: análise granulométrica, determinada utilizando-se

o método de Bouyoucos (Embrapa, 1997) e densidade real do solo (Dr), pelo

método do balão volumétrico modificado (Gubiani et al., 2006).

As amostras indeformadas foram retiradas por meio do amostrador

volumétrico de Kopeck e utilizadas para obtenção da condutividade

hidráulica saturada (K0), determinada pelo permeâmetro de carga constante

(Embrapa, 1997); densidade aparente do solo (Dap), obtida pelo método do

anel volumétrico (Embrapa, 1997); e macroporosidade (macro) e

microporosidade (micro), determinadas pelo método da coluna de areia

(Reinert e Reichert, 2006). A porosidade total (PT) foi calculada a partir da

relação entre a densidade aparente do solo (Dap) e a densidade real (Dr),

através da equação: PT = (1-Dr/Dap)*100. Dessa maneira, pôde-se

59

considerar o perfil de solo como sendo constituído por dez camadas com

diferentes valores de K0 e Dap (perfil estratificado).

3.3 Análise estatística

Para verificação da relação existente entre os atributos físicos e

químicos e a taxa de infiltração estável dos solos estudados realizou a

análise de correlação utilizando-se o programa computacional SPSS. Já

para o conhecimento dos atributos físicos e químicos que mais influenciam

na separação dos três solos estudados submeteram-se os dados à análise

estatística multivariada, também utilizando-se o programa SPSS.

3.4 Simulação do processo de infiltração utilizando o modelo de GA

para solos estratificados

As simulações da taxa de infiltração e infiltração acumulada utilizando

o modelo de GA foram realizadas com o uso das equações 20 e 22,

respectivamente, e com diferentes combinações entre proposições de

adequação dos parâmetros de entrada do modelo (Quadro 3).

3.4.1 Ajuste dos parâmetros do modelo de GA

Devido ao aprisionamento de ar nos poros do solo, a umidade de

saturação (θs) não é atingida na região acima da frente de umedecimento,

como pressupõe o modelo de GA, sendo que a máxima umidade atingida

pelo solo é a umidade da zona de transmissão (θw), inferior à umidade de

saturação (θs). Para o cálculo da infiltração acumulada, o teor de água na

zona de transmissão foi considerado, num primeiro caso, igual ao teor de

água do solo saturado (θs), que corresponde ao valor da porosidade total

calculada do solo, como na proposta original de Green e Ampt (1911) e, num

segundo caso, igual ao teor de água obtido por meio das amostras de solo

retiradas ao final dos ensaios de infiltração, como proposto por (Slack,

1980).

60

QUADRO 3. Combinações entre proposições de adequação dos parâmetros

de entrada do modelo de GA utilizadas para simular o processo

de infiltração da água no solo.

Combinações Kw f C1 K0 Eq (30) - Risse et al. (1995)

C2 K0 Eq. (31) – Van Mullem (1989)

C3 K0 Eq (32) - Ataíde (2005)

C4 K0 Eq (33) - Ataíde (2005)

C5 K0 Eq (34) - Ataíde (2005)

C6 K0 Eq (35) - Ataíde (2005)

C7 Eq (23) - Brakensiek et al. (1984) Eq (30) - Risse et al. (1995)

C8 Eq (23) - Brakensiek et al. (1984) Eq. (31) – Van Mullem (1989)

C9 Eq (23) - Brakensiek et al. (1984) Eq (32) - Ataíde (2005)




C13 Tie – Silva e Kato (1998) Eq (30) - Risse et al. (1995)

C14 Tie – Silva e Kato (1998) Eq. (31) – Van Mullem (1989)

C15 Tie – Silva e Kato (1998) Eq (32) - Ataíde (2005)




C19 Eq (25 -27) - Kidwell et al. (1997) Eq (30) - Risse et al. (1995)

C20 Eq (25 -27) - Kidwell et al. (1997) Eq. (31) – Van Mullem (1989)

C21 Eq (25 -27) - Kidwell et al. (1997) Eq (32) - Ataíde (2005)




C25 Eq (24) - Saxton et al. (1986) Eq (30) - Risse et al. (1995)

C26 Eq (24) - Saxton et al. (1986) Eq. (31) – Van Mullem (1989)

C27 Eq (24) - Saxton et al. (1986) Eq (32) - Ataíde (2005)




61

Uma vez que a umidade na zona de transmissão é menor que a

umidade de saturação, diversos autores recomendam o uso de Kw em vez

da condutividade hidráulica saturada (K0). As proposições utilizadas para a

condutividade hidráulica na zona de transmissão foram: Kw igual a K0, como

na proposta original de Green e Ampt (1911); Kw igual à taxa de infiltração

estável (Tie) conforme recomendação de Silva e Kato (1998), determinada

nos ensaios de infiltração em campo; Kw obtida pelas equações (23) e (24)

propostas por Brakensiek et al. (1984) e Saxton et al. (1986),

respectivamente; e Kw calculada utilizando-se as equações (25) e (27),

sugeridas por Kidwell et al. (1997).

O potencial matricial na frente de umedecimento (f) é o parâmetro

de entrada do modelo de GA mais difícil de ser determinado com precisão,

sendo assim, diversos autores sugerem alternativas para a obtenção de f.

Para adequação de f foram consideradas as seguintes proposições: a

equação (30), que calcula f com base na textura e porosidade do solo,

proposta por Risse et al. (1995); a equação (31), que estima f a partir de

K0, proposta por Van Mullem (1989), citado por Rawls et al. (1996); e a partir

das equações (32), (33), (34) e (35), propostas por Ataíde (2005), que

utilizam diversas propriedades físicas do solo para o cálculo de f.

3.4.2 Avaliação do modelo de GA

No presente trabalho, para avaliar o desempenho do modelo de GA,

optou-se pelo índice de confiança ajustado (c), um dos mais utilizados

atualmente, índice de eficiência (E) e o erro médio porcentual (EMP).

O índice de confiança (c) proposto por Camargo e Sentelhas (1997)

para avaliar o desempenho de modelos hidrológicos analisa conjuntamente

a precisão, dada pelo coeficiente de correlação (r), que indica o grau de

dispersão dos dados obtidos em relação à média; e a exatidão, dada pelo

índice de concordância ou índice de Willmott modificado (d) por Legates e

McCabe Jr. (1999), calculado por meio da equação (37), que está

relacionado ao afastamento dos dados simulados em relação aos

experimentais. Sendo o índice de confiança obtido pelo produto de (r) e (d).

62

d= 1 - ( i- i )

- i 1

( i- m i- m )2

i 1

(37)

em que:

J = número de observações;

O = valor observado experimentalmente;

E = valor estimado pelo modelo; e

Om = média dos valores observados experimentalmente.

O desempenho do modelo, analisado por meio de (c), foi interpretado

de acordo com a classificação proposta por Camargo e Sentelhas (1997)

(Quadro 4).

O índice de eficiência, proposto por Nash e Sutcliffe (1970), varia de

-∞ a 1, sendo que os valores mais próximos de 1 indicam melhor

desempenho do modelo, é expresso pela equação:

1- i- i ji 1

i- m ji 1

(38)

O erro médio porcentual (EMP) foi indicado por Chong et al. (1982)

para a avaliação da performance de modelos de infiltração, sendo calculado

pela equação:

P

i- i

i

ji 1

100 (39)

Realizou-se o ajuste do modelo empírico de Horton (Equação 37) aos

dados da taxa de infiltração obtidos no campo utilizando o método de

regressão não linear Gauss-Newton do software Statistica 6.1.

i = if + (io - if) exp (- t) (40)

63

em que:

io = taxa de infiltração inicial observada, mm h-1;

if = taxa de infiltração final, mm h-1;

= parâmetro estatístico;

t = tempo de infiltração considerado, min.

QUADRO 4. Critério de interpretação do desempenho do modelo de GA pelo

índice de confiança ajustado (c), conforme Camargo e Sentelhas (1997).

Valor de c Desempenho

> 0,85 Ótimo

0,76 a 0,85 Muito bom

0,66 a 0,75 Bom

0,61 a 0,65 Mediano

0,51 a 0,60 Sofrível

0,41 a 0,50 Mau

≤ 0,40 Péssimo

64

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Caracterização físico-hídrica do solo

Na Tabela 7 estão apresentados os valores de macroporosidade,

microporosidade, porosidade total, densidade (aparente e real),

condutividade hidráulica do solo saturado e os teores de argila, silte e areia

dos solos estudados nos pontos em que foram realizados os ensaios de

infiltração.

Utilizando o diagrama triangular para classificação textural adotado

pela EMBRAPA (EMBRAPA, 1997), todas as camadas do LA1 foram

classificadas como de textura média, as camadas do LA2 como de textura

argilosa e a camada 0-10 cm do LV como de textura argilosa e as demais

como de textura muito argilosa.

A densidade real, cuja variação está associada à constituição

mineralógica do solo, variou de 2,57 a 2,67 g.cm-3 nos três solos, resultados

dentro da faixa comumente encontrada em solos minerais, cujos valores

variam entre 2,55 a 2,75 g.cm-3 (Reichardt, 1975). Em todas as camadas

estudadas do LA1, os valores de densidade aparente estão acima do limite

crítico de 1,5 g.cm-3 para solos de textura média e argilosos, sugerido por

Reynolds et al. (2002). Nos solos LA2 e LV os valores de densidade

aparente estão abaixo desse limite crítico.

Em todas as profundidades dos 3 solos estudados os valores de

macroporosidade estão acima do valor mínimo ideal para o crescimento de

plantas, considerado por Kiehl (1979) como sendo de 10%, com exceção da

camada 0-10 cm do solo LA2, em que se notou valor abaixo deste mínimo.

Notou-se, ainda, alta variabilidade dos dados de condutividade

hidráulica, cujo coeficiente de variação variou de 30 a 170%. Segundo

Warrich e Nielsen (1980), citados por Reichert et al. (2007), esse parâmetro

pode apresentar coeficientes de variação superiores a 420%.

65

TABELA 7. Características físico-hídricas dos três solos estudados.

Prof. Argila Silte Areia Macro(1)

Micro(2)

PT(3)

Dr(4)

Dap(5)

K0(6)

cm % g/cm3 mm h-1

Latossolo Amarelo (LA1)

0-10 15 4 81 13,81 21,99 35,80 2,61 1,67 4,22

10-20 16 4 80 14,03 20,56 34,59 2,64 1,73 0,42

20-30 17 4 79 13,56 20,54 34,10 2,63 1,73 0,27

30-40 20 3 77 14,32 20,75 35,07 2,66 1,73 0,42

40-50 21 4 75 16,35 21,78 38,12 2,67 1,65 4,90

50-60 23 4 74 17,54 21,70 39,24 2,64 1,61 22,82

60-70 23 5 72 19,04 22,61 41,65 2,64 1,54 5,09

70-80 24 4 72 21,52 22,13 43,65 2,66 1,51 31,27

80-90 25 4 71 17,68 23,19 40,87 2,65 1,57 12,24

90-100 25 4 71 18,51 23,22 41,73 2,65 1,54 12,45

Latossolo Amarelo (LA2)

0-10 44 4 52 9,65 33,55 43,19 2,60 1,47 0,16

10-20 48 3 49 11,95 31,55 43,50 2,62 1,48 1,32

20-30 48 4 48 12,14 32,27 44,41 2,63 1,46 0,94

30-40 51 4 45 13,13 32,48 45,61 2,62 1,43 4,44

40-50 52 4 44 13,23 32,25 45,48 2,61 1,42 4,73

50-60 54 3 43 20,00 30,48 50,47 2,63 1,31 23,20

60-70 53 5 42 20,87 30,48 51,35 2,63 1,28 23,17

70-80 53 4 43 21,85 29,25 51,10 2,64 1,29 32,74

80-90 54 4 42 24,29 29,20 53,49 2,66 1,25 110,29

90-100 54 5 41 22,67 29,49 52,16 2,66 1,26 66,30

Latossolo Vermelho (LV)

0-10 58 23 19 14,32 46,14 60,47 2,59 1,02 11,17

10-20 72 12 16 12,03 45,53 57,57 2,57 1,09 5,10

20-30 78 9 13 17,20 42,55 59,75 2,60 1,05 24,17

30-40 78 8 14 19,28 41,15 60,44 2,63 1,04 52,87

40-50 77 9 13 18,26 42,38 60,64 2,62 1,03 16,99

50-60 77 9 13 19,58 41,37 60,95 2,57 1,01 86,36

60-70 80 9 11 15,68 44,55 60,23 2,67 1,06 5,15

70-80 81 8 12 14,55 45,07 59,62 2,64 1,07 34,15

80-90 81 8 11 11,77 46,77 58,54 2,66 1,10 2,86

90-100 80 8 12 10,48 47,22 57,70 2,64 1,12 1,00

(1)Macroporosidade;

(2)Microporosidade;

(3)Porosidade total;

(4)Densidade real;

(5)Densidade aparente;

(6)Condutividade hidráulica do solo saturado.

66

4.2 Relação θw/θs para os ensaios experimentais realizados

Na Tabela 8 estão apresentados os valores de umidade inicial (θi),

umidade na zona de transmissão (θw) e da relação θw/θs para os três solos

estudados. Analisando os dados dos sensores de umidade e durante a

coleta de solo após cada ensaio para a determinação da umidade final

(umidade de saturação de campo ou umidade na zona de transmissão, θw),

observou-se que a frente de umedecimento não atingiu a camada de 60-70

cm no LA1, portanto, considerou-se esse solo como sendo estratificado

constituído apenas por 6 camadas de 10 cm cada, e os demais, LA2 e LV,

composto por 10 camadas de 10 cm cada.

Os valores de θw variaram de 0,63 a 0,70 do teor de água do solo

saturado (θs) no LA1 (textura média), 0,61 a 0,82 no LA2 (textura argilosa) e

0,74 a 0,84 no LV (textura muito argilosa), corroborando com a afirmação de

Wilson et al., citados por Moore et al. (1981), de que, quanto mais fina a

textura do solo, menor é a quantidade de poros de aeração em relação aos

solos de textura mais grosseira, possuindo, portanto, um maior valor da

relação θw/θs. Esses resultados são semelhantes aos obtidos por Brakensiek

(1977), que, em experimentos de campo, encontrou valores de θw variando

entre 0,55 θs e 0,90 θs.

Os valores obtidos para a relação θw/θs foram, de maneira geral,

inferiores aos encontrados na literatura para solos de textura semelhantes

aos utilizados no presente trabalho. Em solos de textura média, Slack et al.

(1988) obtiveram valores de 0,73 θs, Cecílio (2002) indicam valores na faixa

de 0,85 a 0,86 θs e em ello (2003) os valores variaram de 0,81 a 0,94 θs.

Para solos de textura argilosa foram encontrados valores de 0,90 θs (Slack,

1980), 0,91 θs ( lack et al., 1988), 0,84 θs (Zirbel et al., citado por Rodrigues,

1999) e 0,79 a 0,81 θs (Cecílio, 2002). Mello (2003) e Cecílio (2005)

encontraram, para solos de textura muito argilosa, valores de θw variando de

0,76 a 0,92 θs e 0,86 a 0,97 θs, respectivamente. Brandão et al. (2006)

ressaltam que a estimativa da umidade na zona de transmissão a partir de

valores encontrados na literatura não é recomendando, havendo, dessa

forma, a necessidade de sua determinação a campo.

67

TABELA 8. Valores da umidade inicial (θi), umidade na zona de transmissão (θw),

umidade de saturação (θs), relação θw/θs e do grau de saturação (GS) para os

três solos estudados.

Solo

Ip(1)

Camada θi θw(2)

θs(3)

θw/θs

GS(2)

(mm h-1

) (cm) (cm3 cm

-3) %

LA1 56

0-10 0,13 0,24 0,36 0,67 37,85

10-20 0,15 0,22 0,35 0,64 44,80

20-30 0,16 0,22 0,34 0,64 47,84

30-40 0,17 0,24 0,35 0,70 48,08

40-50 0,16 0,24 0,38 0,64 42,29

50-60 0,15 0,24 0,39 0,63 39,95

60-70 0,15 0,19 0,42 0,47 36,10

70-80 0,14 0,16 0,44 0,39 34,55

80-90 0,16 0,15 0,41 0,38 38,58

90-100 0,16 0,16 0,42 0,38 39,11

LA2 61

0-10 0,25 0,35 0,43 0,82 57,84

10-20 0,25 0,33 0,44 0,77 58,44

20-30 0,25 0,33 0,44 0,76 58,06

30-40 0,26 0,34 0,46 0,75 57,17

40-50 0,27 0,36 0,45 0,79 59,67

50-60 0,26 0,34 0,50 0,68 51,92

60-70 0,25 0,34 0,51 0,68 50,05

70-80 0,27 0,34 0,51 0,67 53,93

80-90 0,26 0,32 0,53 0,61 50,06

90-100 0,27 0,32 0,52 0,62 52,87

LV 59

0-10 0,28 0,47 0,60 0,79 46,66

10-20 0,34 0,48 0,58 0,84 59,61

20-30 0,32 0,45 0,60 0,76 53,82

30-40 0,31 0,45 0,60 0,74 52,75

40-50 0,32 0,46 0,61 0,76 53,76

50-60 0,33 0,45 0,61 0,75 55,06

60-70 0,36 0,48 0,60 0,80 60,90

70-80 0,37 0,47 0,60 0,80 62,11

80-90 0,38 0,48 0,59 0,82 65,70

90-100 0,39 0,45 0,58 0,78 68,79

(1)Intensidade de precipitação;

(2)θw é igual ao teor de água obtido por meio das amostras

retiradas ao final dos ensaios de infiltração; (3)θs é igual a porosidade total = (1-Dr/Dap)*100

68

Todos esses experimentos foram realizados em condições de

laboratório, utilizando colunas e caixas de solo. A utilização de solo

peneirado, com estrutura deformada, e re-adensado em colunas e caixas,

facilita a infiltração da água no perfil, além de ocorrer a saída de ar contido no

solo pelas paredes dessas colunas e caixas, levando a altos valores de θw.

Assim, considera-se que os valores obtidos nesse trabalho estão coerentes

com os valores comumente encontrados na literatura.

4.3 Taxa de infiltração e tempo de empoçamento

As curvas da taxa de infiltração estimadas pelo modelo de Horton e os

dados observados nas determinações de campo para os três solos estudados

estão apresentadas na Figura 11.

FIGURA 11. Taxa de infiltração (Ti) obtida experimentalmente e a partir do

ajuste da equação de Horton aos dados experimentais para os 3

solos estudados.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Taxa d

e in

filt

ração

-T

i (m

m h

-1)

Tempo - t (min)

Dados experimentais (LA1) Dados experimentais (LA2)

Dados experimentais (LV) Horton

Ti (LA1) = (23,8)+((71,9)-(23,8))*(EXP(-0,06*tempo)) R2 = 0,97Ti (LA2) = (25,4)+((58,8)-(25,4))*(EXP(-0,01*tempo)) R2 = 0,98Ti (LV) = (33,1)+((60,4)-(33,1))*(EXP(-0,02*tempo)) R2 = 0,99

69

O modelo de Horton ajustou-se bem aos dados experimentais de todos

os solos, apresentando altos valores de coeficiente de determinação (R2>

0,90) e todos os parâmetros do modelo foram significativos em nível de 1%

de probabilidade. Dentre os solos, pode-se destacar o LV, no qual os valores

observados menos se distanciaram da curva de ajuste do modelo de Horton

aos dados experimentais com maior valor do coeficiente de determinação (R2

= 0,99) (Figura 11).

Os valores da taxa de infiltração estável (Tie) e do tempo de

empoçamento para os 3 solos estudados estão apresentados na Tabela 9. O

tempo de empoçamento medido nos três solos estudados variou de 6 a 9

minutos (Tabela 9), sendo o maior tempo de empoçamento do solo LA1, de 9

minutos, atribuído ao menor grau de saturação (menor umidade inicial

(Tabela 8) no momento da realização dos ensaios de infiltração. Notou-se,

nos ensaios de infiltração realizados, que o processo de escoamento

superficial iniciou-se rapidamente, corroborando com os resultados de Coelho

et al. (2000), em que a aplicação de intensidades de precipitação superiores a

Tie causou rápido empoçamento da água na superfície do solo, em média em

tempos inferiores a 30 minutos.

Os resultados de tp obtidos (Tabela 9) são semelhantes ao encontrado

por Barcelos et al. (1999), em um Latossolo Vermelho-Escuro de textura

argilosa, sob sistema de plantio direto, após a colheita do milho, cujo valor foi

de 6 minutos. Mello (2003) encontrou valores que variaram de 1 a 17 minutos,

em experimento conduzido em colunas de solo com Latossolo Vermelho-

Amarelo de textura muito argilosa. Zonta (2007), trabalhando em condições

de campo, em um Cambissolo Háplico Tb distrófico podzólico sem cobertura

vegetal, obteve valores de tempo de empoçamento entre 6 e 10 minutos.

Mantovani et al. (2007) propuseram uma classificação dos solos a

partir da sua Tie, conforme segue: solos com Tie baixa (< que 5 mm h-1),

solos com Tie média (5 a 15 mm h-1), solos com Tie alta (15 a 30 mm h-1) e

solos com Tie muito alta (> 30 mm h-1). Quando comparados os valores de

Tie encontrados com as classes de Tie propostas por esse autor, verifica-se

que a Tie determinada nos solos LA1 e LA2 é alta e que o solo LV apresenta

Tie muito alta.

70

TABELA 9. Valores da taxa de infiltração estável (Tie), tempo de obtenção da

Tie e tempo de empoçamento (tp) observados nos ensaios de

infiltração.

Solo

Tie tp

Md(1) DP(2) CV(3) Md DP CV

(mm h-1) (%) (min) (%)

LA1 24,20 1,78 7,36 9 4,93 52,85

LA2 25,77 1,38 5,35 6 1,53 24,12

LV 32,88 1,55 4,71 7 1,73 24,74

(1)Média;

(2)Desvio padrão;

(3)Coeficiente de variação.

Os valores de Tie encontrados nesse trabalho são próximos aos

obtidos por Costa et al. (1999) em um Latossolo Roxo distrófico textura

argilosa e Alves Sobrinho et al. (2003) em um Latossolo Vermelho

distroférrico textura muito argilosa, cujos valores de Tie encontrados foram

de 21,90 e 31,51 mm h-1, respectivamente, sendo ambos solos cultivados em

sistema de plantio direto. Esses autores também trabalharam em condições

de campo sob chuva simulada.

Outros autores, também utilizando chuva simulada, obtiveram valores

maiores de Tie em relação aos obtidos nesse trabalho. Silva e Kato (1998),

obtiveram valores de Tie variando entre 59,6 a 95,8 mm h-1 em Latossolo

Amarelo de textura argilosa com cobertura original de Cerrado. Barcelos et al.

(1999) realizaram testes de infiltração aos 45 dias após a semeadura do

milho, cultivado em sistema de Plantio Direto, em um Latossolo Vermelho-

Escuro de textura argilosa e verificaram um valor médio de Tie de 56 mm h-1.

Pott e De Maria (2003), trabalhando com Latossolo Vermelho eutroférrico

típico textura argilosa e Latossolo Vermelho distrófico típico textura média,

cultivados em sistema de plantio direto há 5 anos, encontraram valores de Tie

de 61,2 e 85,8 mm h-1, respectivamente.

Cecílio (2005) encontrou valores de Tie de 103,46 e 244,60 mm h-1, em

Latossolo Vermelho-Amarelo de textura argilosa e Latossolo Vermelho de

textura média, respectivamente, também sob condições de chuva simulada,

71

porém trabalhando com colunas de solo. Os valores de Tie mais altos obtidos

por esse autor em relação aos valores citados acima e aos encontrados

nesse trabalho podem ser atribuídos a utilização de solo desestruturado e re-

adensado em colunas, facilitando a infiltração da água devido à alta

porosidade do solo, além de haver passagem de água pelas paredes dessas

colunas.

O solo LA1, de textura média, apresentou maiores taxas de infiltração

em relação aos solos LA2 e LV, de textura argilosa e muito argilosa,

respectivamente. O solo LV é muito argiloso ao longo de todo o perfil (Tabela

5), fator que seria limitante à infiltração da água, no entanto, apresentou as

maiores taxas de infiltração (Figura 11), o que pode ser atribuído a algumas

características físicas e químicas desse solo, além da estrutura granular mais

forte, em relação aos solos LA1 e LA2, favorecendo o processo de infiltração

da água.

Na Tabela 10 estão apresentados os coeficientes de correlação dos

atributos dos solos que apresentaram correlações significativas com a taxa de

infiltração estável dos solos estudados.

TABELA 10. Coeficientes de correlação (r) entre os atributos do solo e a taxa

de infiltração estável.

Atributos Argila Silte Areia Rel. S/A(1) GF(2) Dap(3)

r 0,86** 0,63** -0,90** 0,75** 0,95** -0,92**

Atributos Micro(4) PT(5) pH(6) PCZ(7) Afast.(8)

r 0,90** 0,92** 0,81** 0,64* -0,81**

(1) Relação Silte/Argila;

(2) Grau de floculação;

(3) Densidade aparente;

(4) Microporosidade;

(5) Porosidade total;


(7) Ponto de Carga Zero;

(8) Afastamento

(pH água – PCZ est.). ** significativo em nível de 1% de probabilidade * significativo em nível de 5% de probabilidade

Os atributos areia, densidade aparente e afastamento revelaram uma

correlação negativa com a Tie, isso indica que quanto maiores os valores

desses atributos, menor será a taxa de infiltração estável do solo. Para as

demais características observou-se uma correlação positiva, ou seja, a taxa

de infiltração aumenta com o aumento dessas.

72

O aumento da densidade aparente causa modificações no

arranjamento das partículas do solo, provocando uma diminuição dos

macroporos, o que leva à redução na área da seção transversal para o fluxo

de água, juntamente com percursos mais tortuosos para o movimento de

fluido, afetando, com isso, o processo de infiltração (Souza e Alves, 2003). O

solo LV apresentou menores valores de densidade aparente e maiores

valores de micro e porosidade total em relação aos demais, conferindo-lhe

maiores taxas de infiltração (Tabela 7).

Solos muito argilosos, como é o caso do LV, tendem a apresentar

comportamento relativo à infiltração de água semelhante ao de um solo

classificado como arenoso devido a estrutura granular mais forte (Costa et al.,

1999; Ferreira et al., 1999; Resende et al., 2007; Alves Sobrinho et al., 2003),

favorecendo a infiltração da água no solo.

A caulinita, os óxidos de ferro (goetita e hematita) e óxidos de alumínio

(gibbsita) são os principais minerais da fração argila dos Latossolos

brasileiros (Kiehl, 1979). Latossolos mais intemperizados, como é o caso dos

solos LA2 e LV em relação ao LA1, evidenciado pelos baixos valores de

relação silte/argila, inferiores a 0,15 (Resende et al., 2007) (Tabelas 3 e 5),

tendem a apresentar maiores teores de óxidos de ferro e de alumínio que

proporcionam a estrutura granular.

Os óxidos de ferro e alumínio são agentes agregantes que dificultam o

ajuste face a face da caulinita, favorecendo a formação de grânulos, deixando

entre eles um grande espaço poroso (Schneider et al., 2007), conferindo

maior percentual de porosidade total (Tabela 5) e, portanto, maiores taxas de

infiltração, como observado no solo LV (Figura 11). Esses óxidos, abundantes

nos Latossolos, principalmente nos mais intemperizados, como já

mencionado, fazem com que essa classe de solo apresente alto grau de

floculação das argilas e, conseqüentemente, reduzido teor de argila dispersa

em água, permitindo inferir sobre o grau de estabilidade dos agregados.

Os solos LA2 e LV, mais intemperizados e, portanto, mais ricos em

óxidos de ferro e alumínio apresentaram maiores valores de grau de

floculação e menores percentuais de argila dispersa em água em relação ao

LA1 (Tabelas 1, 3 e 5), denotando maior grau de estruturação do solo,

73

evitando o encrostamento na superfície do solo e o preenchimento dos poros

pela argila ao longo do perfil, portanto, culminando em maiores taxas de

infiltração da água (Figura 11).

Outro fator que afeta o grau de floculação do solo é o pH. Observou-se

maior afastamento entre o PCZ e o pH do solo em água no solo LA1 em

relação aos solos LA2 e LV (Tabelas 2, 4 e 6) e, geralmente, quanto maior a

diferença entre o PCZ e o pH do solo, maior será a carga líquida negativa dos

colóides, prevalecendo as forças de repulsão sobre as de aproximação das

partículas, resultando em menor grau de floculação, maior dispersão das

argilas, reduzindo a infiltração da água no solo.

Pôde-se constatar valores mais negativos de pH no solo LA1 em

relação aos solos LA2 e LV (Tabelas 2, 4 e 6), indicando a prevalências de

cargas negativas, favorecendo a instabilidade de agregados e a dispersão de

argila, que contribuiu para menor infiltração de água no solo LA1 (Figura 11).

Nos horizontes Bw1 e Bw2 do solo LV não houve diferença entre o PCZ e o pH

do solo em água e os valores de pH foram iguais a zero (Tabela 6),

conferindo elevado grau de floculação para esses horizontes.

O fato do LA1 ser formado ex situ por deposição fluvial (Rio Cuiabá)

também explica as menores taxa de infiltração obtidas para esse solo.

Segundo Resende et al. (1992), ao contrário da deposição pelo vento, que

seleciona bem as partículas de areia, a deposição fluvial promove uma menor

seleção. Essas partículas de areia de diferentes tamanhos se encaixam, de

acordo com seu tamanho, nos espaços deixados pelas outras, preenchendo

os poros do solo e reduzindo substancialmente a infiltração da água. Outro

efeito do arranjamento das partículas de areia de tamanhos diferentes, ainda

de acordo com Resende et al. (1992), é o aumento da coesão entre as

partículas, causando um endurecimento do solo, que dificulta a mecanização.

Para a identificação dos atributos físicos e químicos mais relevantes na

separação dos três solos estudados submeteram-se os dados à análise

estatística multivariada (Figura 12). O fator 1 explicou a maior parte da

variação total dos dados (51,03%) enquanto que o fator 2 explicou 26,47%

dessa variação.

74

FIGURA 12. Análise multivariada dos dados (Fator 1: teor de areia,

microporosidade, densidade aparente do solo, porosidade

total, taxa de infiltração estável, tempo de empoçamento, soma

de bases, saturação por bases, CTC efetiva, teor de potássio,

hidrogênio, fósforo, cálcio e magnésio; Fator 2: teor de

carbono, grau de floculação, pH em KCl, delta pH, ponto de

carga zero estimado e afastamento entre o ponto de carga

zero estimado e o pH em água).

Os atributos químicos e físicos relacionados ao Fator 1 (teor de areia,

microporosidade, densidade aparente do solo, porosidade total, taxa de

infiltração estável, tempo de empoçamento, soma de bases, saturação por

bases, CTC efetiva, teor de potássio, hidrogênio, fósforo, cálcio e magnésio)

permitem uma separação nítida do solo LV em relação aos solos LA1 e LA2,

no entanto a separação entre os solos pelos atributos relacionados ao Fator 2

(teor de carbono, grau de floculação, pH em KCl, delta pH, ponto de carga

75

zero estimado e afastamento entre o ponto de carga zero estimado e o pH

em água) não é tão boa (Figura 12).

4.4 Simulações do processo de infiltração utilizando o modelo de GA

O desempenho do modelo de GA na simulação da taxa de infiltração

utilizando diferentes combinações entre proposições de adequação dos

parâmetros de entrada estão apresentados nas Tabelas 11 a 13. O índice de

confiança (c) foi determinante na avaliação do desempenho das combinações

realizadas, sendo que a análise gráfica das curvas simuladas (Figuras 13 a

15), o índice de eficiência (E) e o erro médio percentual (EMP) foram

utilizados apenas para auxiliar nas discussões.

O processo de infiltração da água não foi simulado satisfatoriamente

em nenhum dos três solos estudados, com desempenho péssimo em todas

as combinações de acordo com o índice c (Tabelas 11 a 13).

A combinação C13, que utiliza a Tie como Kw e a equação de Risse et

al. (1995) para o cálculo de f, e a combinação C14, que também utiliza a Tie

como K0 e a equação de Van Mullem (1989) citado por Rawls et al. (1996)

para a estimativa de f apresentaram os maiores valores de índice c, valores

de E mais próximos de 1 e menores valores de EMP em relação às demais

combinações em todos os solos estudados (Tabelas 11 a 13). A combinação

C13 também apresentou os melhores resultados nos trabalhos de Cecílio

(2002) e Mello (2003). No solo LA1, além das combinações C13 e C14, a

combinação C29 também apresentou os melhores valores de c, E e EMP

comparando-se com as demais combinações (Tabela 11).

A utilização da Tie em substituição à K0, combinada com a equação de

Risse et al. (1995) (C13), simulou melhor a taxa de infiltração estável, devido

à obtenção de valores de f muito baixos calculados pela equação de Risse

et al. (1995), sendo assim, o gradiente devido ao potencial matricial torna-se

muito pequeno e a infiltração da água no solo passa a ser regida pelo

potencial gravitacional, tornando o gradiente unitário. Quando o gradiente

torna-se unitário, a taxa de infiltração passa a ser igual a Kw. Tal situação

76

também ocorreu com a combinação C14, que também utiliza a Tie como Kw e

a equação de Van Mullem (1989) citado por Rawls et al. (1996), que calcula

f a partir de K0, obtendo-se baixos valores desse parâmetro com o uso

dessa equação.

Observou-se que as combinações que utilizaram o parâmetro K0 (C1 a

C6) não tiveram performances satisfatórias na simulação da taxa de

infiltração em nenhum dos solos. Tal fato pode ser atribuído aos baixos

valores de K0 obtidos (Tabela 7) em grande parte das camadas dos três solos

estudados, caracterizando uma discrepância muito grande entre os valores

de Tie e K0, valores esses que deveriam ser próximos.

Silva e Kato (1998), Cecílio (2002), Mello (2003), Cecílio (2005) e

Zonta (2007) recomendam o uso da Tie em vez de K0 na equação de GA. A

Tie, determinada em campo, é mais representativa que K0, determinada em

laboratório pelo método do permeâmetro de carga constante, uma vez que

esse método acaba por alterar a estrutura das amostras, sendo uma das

causas dos altos coeficientes de variação dessa variável, como relatado por

Warrich e Nielsen (1980), citados por Reichert et al. (2007), Mesquita e

Moraes (2004) e Marques et al. (2008).

A utilização da Tie em substituição à K0 foge um pouco à física do

processo de infiltração em solos estratificados, pois essa só se estabelece

algum tempo após a entrada da frente de umedecimento nas camadas mais

profundas (Cecílio, 2002), porém facilita o uso da equação de GA, uma vez

que dispensa a determinação de K0 para cada horizonte ou estrato do solo,

que é um dos parâmetros de entrada que mais dificulta a aplicação dessa

equação.

A equação proposta por Risse et al. (1995) para o cálculo do potencial

matricial na frente de umedecimento também facilita a aplicação da equação

de GA, pois dispensa a determinação da curva característica de retenção de

água no solo por intermédio da câmara de Richards, que é um processo

trabalhoso e demorado, sendo necessário apenas o conhecimento da textura

e porosidade do solo, mais fáceis de serem determinados.

77

TABELA 11. Índices estatísticos calculados para as estimativas da taxa de

infiltração utilizando o modelo de GA (solo LA1).

Combinações c(1) Desempenho E(2) EMP(3)

C1 0,01 Péssimo -10,88 97,87

C2 0,01 Péssimo -10,86 97,70

C3 0,05 Péssimo -9,93 87,02

C4 0,05 Péssimo -11,32 97,24

C5 0,03 Péssimo -10,33 93,88

C6 0,01 Péssimo -49,82 373,74

C7 0,02 Péssimo -5,41 53,84

C8 0,03 Péssimo -5,63 55,29

C9 0,00 Péssimo -181,74 1190,88

C10 0,00 Péssimo -367,61 2768,54

C11 0,02 Péssimo -23,57 189,02

C12 0,00 Péssimo -2147,07 15986,14

C13 0,15 Péssimo -1,46 15,47

C14 0,20 Péssimo -0,98 12,68

C15 0,00 Péssimo -249,22 1904,39

C16 0,00 Péssimo -305,05 2330,44

C17 0,04 Péssimo -19,40 160,50

C18 0,00 Péssimo -1841,73 13983,91

C19 0,02 Péssimo -7,99 84,45

C20 0,08 Péssimo -9,74 98,13

C21 0,00 Péssimo -550,05 4203,73

C22 0,00 Péssimo -670,42 5122,26

C23 0,01 Péssimo -57,05 462,10

C24 0,00 Péssimo -3976,51 30203,08

C25 0,02 Péssimo -8,15 74,15

C26 0,05 Péssimo -7,89 72,18

C27 0,01 Péssimo -68,05 515,64

C28 0,01 Péssimo -85,17 645,15

C29 0,22 Péssimo -1,97 26,76

C30 0,00 Péssimo -553,21 4155,85

(1) Índice de confiança ajustado;

(2)Índice de eficiência;

(3) Erro médio porcentual.

78


infiltração utilizando o modelo de GA (solo LA2).


C1 0,09 Péssimo -4,98 97,09

C2 0,03 Péssimo -4,93 96,33

C3 0,06 Péssimo -2,54 56,49

C4 0,06 Péssimo -2,51 55,09

C5 0,05 Péssimo -4,55 90,42

C6 0,02 Péssimo -7,44 126,33

C7 0,07 Péssimo -4,96 96,84

C8 0,03 Péssimo -4,91 96,01

C9 0,05 Péssimo -2,60 57,06

C10 0,05 Péssimo -2,70 57,80

C11 0,04 Péssimo -4,50 89,59

C12 0,01 Péssimo -8,53 144,92

C13 0,16 Péssimo -0,57 21,50

C14 0,29 Péssimo 0,11 14,10

C15 0,01 Péssimo -97,35 1498,80

C16 0,01 Péssimo -112,70 1728,16

C17 0,06 Péssimo -9,81 162,65

C18 0,00 Péssimo -363,28 5398,26

C19 0,06 Péssimo -4,85 94,92

C20 0,08 Péssimo -4,76 93,56

C21 0,09 Péssimo -2,53 50,97

C22 0,07 Péssimo -2,93 56,14

C23 0,10 Péssimo -4,07 83,22

C24 0,03 Péssimo -16,36 252,58

C25 0,08 Péssimo -4,94 96,54

C26 0,10 Péssimo -4,88 95,61

C27 0,12 Péssimo -2,32 51,90

C28 0,12 Péssimo -2,35 50,88

C29 0,10 Péssimo -4,40 88,57

C30 0,05 Péssimo -9,06 142,00




79


infiltração utilizando o modelo de GA (Solo LV).


C1 0,02 Péssimo -15,78 95,82

C2 0,05 Péssimo -15,43 93,98

C3 0,02 Péssimo -37,95 185,24

C4 0,02 Péssimo -44,45 216,17

C5 0,06 Péssimo -13,91 86,09

C6 0,07 Péssimo -11,17 65,07

C7 0,02 Péssimo -16,15 97,96

C8 0,05 Péssimo -15,98 97,06

C9 0,05 Péssimo -18,73 99,31

C10 0,05 Péssimo -20,86 108,35

C11 0,05 Péssimo -15,24 93,21

C12 0,07 Péssimo -10,49 67,31

C13 0,18 Péssimo -0,68 8,22

C14 0,13 Péssimo -4,92 32,46

C15 0,00 Péssimo -1173,12 5935,12

C16 0,00 Péssimo -1334,91 6747,20

C17 0,02 Péssimo -38,09 207,13

C18 0,00 Péssimo -370,82 1917,56

C19 0,01 Péssimo -16,25 98,48

C20 0,05 Péssimo -16,12 97,82

C21 0,03 Péssimo -15,91 89,92

C22 0,03 Péssimo -17,05 94,46

C23 0,05 Péssimo -15,58 94,93

C24 0,06 Péssimo -10,90 70,58

C25 0,02 Péssimo -15,16 92,38

C26 0,04 Péssimo -14,50 89,02

C27 0,02 Péssimo -81,61 388,90

C28 0,01 Péssimo -94,05 447,20

C29 0,07 Péssimo -11,66 74,68

C30 0,06 Péssimo -21,95 111,44




80

Para a análise gráfica das curvas simuladas da taxa de infiltração

foram selecionadas as combinações com os maiores valores de índice c,

valores de índice de eficiência mais próximos de 1 e menores valores de EMP

nos três solos estudados. Dessa forma, utilizou-se C13 e C14 para os solos

LA2 e LV e C13, C14 e C29 para o solo LA1 (Figuras 13 a 15).

Observou-se descontinuidade das curvas experimentais, com picos de

maior taxa de infiltração, devido à passagem da frente de umedecimento de

um horizonte para outro, uma vez que há mudança das características físicas

conforme se aprofunda no perfil do solo. No entanto, essa descontinuidade

não foi observada nas curvas simuladas, pois o modelo de GA considera a

frente de umedecimento como sendo abrupta, o que, na prática, não ocorre.

A frente de umedecimento é, na verdade, difusa, e torna-se cada vez mais

difusa à medida que se desloca no solo (Wang e Benson, 1995).

FIGURA 13. Taxa de infiltração obtida experimentalmente e simulada pelo

modelo de GA usando diferentes combinações de seus

parâmetros de entrada (LA1).

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ta

xa

de i

nfi

ltra

çã

o -

Ti

(mm

.h-1

)

Tempo - t (min)

Dados experimentais C13 C14 C29

81



parâmetros de entrada (LA 2).



parâmetros de entrada (LV).

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Ta

xa

de i

nfi

ltra

çã

o -

Ti

(mm

.h-1

)

Tempo - t (min)

Dados experimentais C13 C14

0

30

60

90

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Ta

xa

de i

nfi

ltra

çã

o -

Ti

(mm

.h-1

)

Tempo - t (min)

Dados experimentais C13 C14

82

A combinação C13 subestimou a taxa de infiltração para os minutos

iniciais nos três solos, mas simulou satisfatoriamente a taxa de infiltração no

restante do tempo (Tie) (Figuras 13 a 15). Essa combinação utiliza a Tie em

substituição à K0 e a equação de Risse et al. (1995) para o cálculo do

potencial matricial, por meio da qual se obteve valores muito baixos desse

parâmetro, fazendo com que a curva da combinação C13 se mantivesse

contínua durante todo o tempo nos três solos estudados, sem picos de maior

taxa de infiltração.

A simulação C14, no solo LA1, subestimou a taxa de infiltração no

tempo inicial do processo, porém, nos minutos finais, simulou de maneira

satisfatória, se igualando a C13 (Figura 13), devido aos baixos valores de f

obtidos por meio da equação de Van Mullem (1989) citado por Rawls et al.

(1996). No solo LA2 a combinação C14 simulou satisfatoriamente a taxa de

infiltração durante todo o ensaio (Figura 14). A combinação C14 não estimou

bem a taxa de infiltração para o solo LV, superestimando-a durante todo o

tempo de realização do ensaio (Figura 15). A proposição C29 (solo LA1)

superestimou a taxa de infiltração no início do processo, passando a

subestimar no restante do ensaio (Figura 13).

Observou-se pela análise gráfica (Figuras 13 a 15) que a combinação

C14 simulou melhor a taxa de infiltração durante todo o tempo de realização

dos ensaios nos três solos estudados, enquanto que a combinação C13

simulou melhor a infiltração da água no solo somente nos minutos finais (taxa

de infiltração estável).

Os índices estatísticos relacionando a infiltração acumulada estimada e

a medida, calculada por meio da equação (22), para os 3 solos estudados,

utilizando, num primeiro caso, θs, que corresponde ao valor da porosidade

total, e, num segundo caso, utilizando θw, obtida a partir das amostras de solo

retiradas ao final dos ensaios de infiltração, estão apresentados nas Tabelas

14 a 19.

A infiltração acumulada, calculada por meio da equação (22), utilizando

θs, não foi simulada satisfatoriamente pelo modelo de GA de acordo com a

83

classificação do índice c, com desempenho péssimo em todas as

combinações nos três solos estudados (Tabelas 14 a 16).

A infiltração acumulada, obtida por meio da equação (22), mas

utilizando θw em vez de θs (Tabelas 17 a 19), também não foi simulada

satisfatoriamente pelo modelo de GA, em todos os solos, de acordo com o

índice c, com desempenho mau nas combinações C9 e C17 do solo LA1 e

sofrível na combinação C23, também do solo LA1 (Tabela 17). Nas demais

combinações, para os 3 solos estudados, o desempenho foi péssimo

(Tabelas 17 a 19).

Não foi possível encontrar uma única combinação que representasse

bem a taxa de infiltração e a infiltração acumulada em todos os solos

estudados. Observou-se que o modelo de GA simulou melhor a taxa de

infiltração quando comparada com a infiltração acumulada, contrariando os

resultados de Mello (2003), Cecílio (2005) e Zonta (2007).

Van der Zweep e Stone (2001), citados por Yu (1999) mostraram que a

estimativa dos parâmetros do modelo de GA a partir de características físicas

do solo é usualmente inadequada. De acordo com Wilcox et al. (1990), a

utilização de equações empíricas pode acabar constituindo um grave entrave

à aplicação dos modelos de GA e GAML e de qualquer outro modelo com

forte embasamento físico. Hutten e Cifford (1988), Cecílio (2005) e Zonta

(2007), por exemplo, não encontraram desempenho satisfatório da equação

de GA utilizando equações que estimam f a partir da textura do solo.

84

TABELA 14. Índices estatísticos calculados para as estimativas da

infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θs; solo LA1).


C1 0,13 Péssimo -5,26 97,29

C2 0,13 Péssimo -5,26 97,13

C3 0,23 Péssimo -5,01 92,26

C4 0,21 Péssimo -5,52 103,02

C5 0,13 Péssimo -5,07 93,33

C6 0,06 Péssimo -18,45 377,68

C7 0,19 Péssimo -3,01 63,42

C8 0,18 Péssimo -3,10 66,08

C9 0,00 Péssimo -56,38 980,94

C10 0,00 Péssimo -145,59 2805,08

C11 0,05 Péssimo -8,80 205,27

C12 0,00 Péssimo -819,04 15566,59

C13 0,15 Péssimo -1,22 31,76

C14 0,15 Péssimo -1,36 35,77

C15 0,01 Péssimo -102,48 1833,20

C16 0,01 Péssimo -125,40 2232,64

C17 0,04 Péssimo -7,86 169,02

C18 0,00 Péssimo -748,69 13278,97

C19 0,04 Péssimo -5,18 119,50

C20 0,04 Péssimo -5,95 133,02

C21 0,00 Péssimo -229,17 4002,85

C22 0,00 Péssimo -278,76 4855,13

C23 0,01 Péssimo -25,69 476,02

C24 0,00 Péssimo -1627,77 28464,10

C25 0,08 Péssimo -4,30 83,19

C26 0,08 Péssimo -4,23 82,16

C27 0,05 Péssimo -13,60 222,13

C28 0,04 Péssimo -18,02 289,04

C29 0,12 Péssimo -2,52 55,95

C30 0,01 Péssimo -134,58 2089,46




85


infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θs; solo LA

2).


C1 0,08 Péssimo -109,81 92,92

C2 0,08 Péssimo -107,85 91,49

C3 0,07 Péssimo -36,83 51,56

C4 0,06 Péssimo -56,43 62,87

C5 0,05 Péssimo -94,84 81,71

C6 0,01 Péssimo -316,37 237,33

C7 0,08 Péssimo -110,26 92,34

C8 0,08 Péssimo -108,40 90,80

C9 0,06 Péssimo -29,17 58,74

C10 0,05 Péssimo -47,73 70,98

C11 0,05 Péssimo -96,01 80,22

C12 0,01 Péssimo -295,99 266,10

C13 0,11 Péssimo -158,49 88,62

C14 0,08 Péssimo -216,57 127,04

C15 0,00 Péssimo -4315,71 2743,60

C16 0,00 Péssimo -4915,46 3121,43

C17 0,01 Péssimo -602,96 387,22

C18 0,00 Péssimo -12849,34 8826,06

C19 0,10 Péssimo -102,48 87,91

C20 0,10 Péssimo -99,01 85,46

C21 0,04 Péssimo -144,99 86,53

C22 0,03 Péssimo -179,95 106,14

C23 0,07 Péssimo -75,88 68,77

C24 0,00 Péssimo -655,68 473,72

C25 0,09 Péssimo -107,59 91,84

C26 0,09 Péssimo -105,18 90,18

C27 0,09 Péssimo -67,64 45,35

C28 0,06 Péssimo -91,44 55,91

C29 0,06 Péssimo -89,10 78,92

C30 0,00 Péssimo -418,53 286,81




86


infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θs; solo LV).


C1 0,08 Péssimo -20,68 85,73

C2 0,07 Péssimo -19,48 81,18

C3 0,02 Péssimo -95,58 400,22

C4 0,02 Péssimo -110,74 463,32

C5 0,07 Péssimo -14,63 62,74

C6 0,06 Péssimo -24,44 93,41

C7 0,07 Péssimo -22,68 93,04

C8 0,06 Péssimo -22,12 90,82

C9 0,05 Péssimo -30,79 146,54

C10 0,04 Péssimo -37,92 177,70

C11 0,05 Péssimo -19,88 81,84

C12 0,20 Péssimo -2,56 18,09

C13 0,03 Péssimo -54,58 212,90

C14 0,03 Péssimo -80,53 312,51

C15 0,00 Péssimo -2635,68 10896,57

C16 0,00 Péssimo -2967,29 12287,78

C17 0,01 Péssimo -186,21 718,35

C18 0,00 Péssimo -1078,87 4147,80

C19 0,09 Péssimo -23,11 94,85

C20 0,09 Péssimo -22,69 93,21

C21 0,07 Péssimo -16,53 82,05

C22 0,06 Péssimo -21,89 105,12

C23 0,11 Péssimo -21,00 86,53

C24 0,16 Péssimo -6,70 30,08

C25 0,04 Péssimo -16,40 73,63

C26 0,03 Péssimo -13,82 65,18

C27 0,01 Péssimo -226,50 792,36

C28 0,01 Péssimo -257,59 903,63

C29 0,02 Péssimo -5,55 35,91

C30 0,02 Péssimo -85,72 274,33




87


infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θw; solo

LA1).


C1 0,03 Péssimo -5,80 91,53

C2 0,03 Péssimo -5,71 91,02

C3 0,08 Péssimo -28,21 218,37

C4 0,09 Péssimo -34,17 252,16

C5 0,03 Péssimo -3,68 79,15

C6 0,13 Péssimo -186,76 1114,88

C7 0,13 Péssimo -35,95 275,75

C8 0,12 Péssimo -38,51 294,72

C9 0,41 Mau -234,17 2974,16

C10 0,03 Péssimo -1151,43 8621,24

C11 0,09 Péssimo -100,60 813,47

C12 0,03 Péssimo -5842,97 46894,30

C13 0,30 Péssimo -16,62 198,53

C14 0,30 Péssimo -18,20 216,92

C15 0,14 Péssimo -545,03 5502,33

C16 0,16 Péssimo -650,11 6654,52

C17 0,45 Mau -55,61 680,33

C18 0,31 Péssimo -3396,19 38775,82

C19 0,32 Péssimo -43,41 533,76

C20 0,32 Péssimo -46,64 572,80

C21 0,16 Péssimo -1114,24 11706,19

C22 0,19 Péssimo -1327,95 14147,47

C23 0,51 Sofrível -123,03 1560,53

C24 0,37 Péssimo -6921,19 82379,36

C25 0,02 Péssimo -3,32 54,65

C26 0,03 Péssimo -3,08 51,85

C27 0,17 Péssimo -74,86 767,15

C28 0,17 Péssimo -90,93 945,76

C29 0,09 Péssimo -0,96 24,71

C30 0,36 Péssimo -508,05 5810,48




88


infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θw; solo

LA2).


C1 0,03 Péssimo -15,67 80,54

C2 0,02 Péssimo -15,03 76,61

C3 0,01 Péssimo -28,78 201,75

C4 0,01 Péssimo -32,88 233,55

C5 0,02 Péssimo -10,69 49,72

C6 0,00 Péssimo -128,19 826,25

C7 0,02 Péssimo -15,50 79,06

C8 0,01 Péssimo -14,83 74,85

C9 0,01 Péssimo -30,33 219,78

C10 0,01 Péssimo -35,61 257,17

C11 0,04 Péssimo -10,24 45,91

C12 0,00 Péssimo -136,95 899,73

C13 0,01 Péssimo -73,21 422,38

C14 0,01 Péssimo -92,53 528,90

C15 0,00 Péssimo -1384,49 7792,69

C16 0,00 Péssimo -1571,11 8842,26

C17 0,00 Péssimo -221,92 1249,45

C18 0,00 Péssimo -4404,86 24593,95

C19 0,07 Péssimo -12,97 66,64

C20 0,06 Péssimo -11,78 59,86

C21 0,00 Péssimo -66,54 403,17

C22 0,00 Péssimo -78,13 470,01

C23 0,02 Péssimo -4,92 21,52

C24 0,00 Péssimo -254,99 1481,12

C25 0,07 Péssimo -14,81 77,45

C26 0,07 Péssimo -13,99 72,85

C27 0,00 Péssimo -39,03 240,40

C28 0,00 Péssimo -46,98 285,64

C29 0,03 Péssimo -8,48 41,74

C30 0,00 Péssimo -167,98 967,77 (1)

Índice de confiança ajustado; (2)

Índice de eficiência; (3)

Erro médio porcentual.

89


infiltração acumulada utilizando o modelo de GA (θw; solo LV).


C1 0,15 Péssimo -11,48 70,57

C2 0,15 Péssimo -9,86 61,19

C3 0,01 Péssimo -166,64 942,63

C4 0,01 Péssimo -190,18 1074,38

C5 0,08 Péssimo -3,29 23,25

C6 0,03 Péssimo -50,35 298,32

C7 0,14 Péssimo -14,02 85,51

C8 0,14 Péssimo -13,21 80,90

C9 0,02 Péssimo -74,78 418,15

C10 0,02 Péssimo -86,67 483,73

C11 0,12 Péssimo -9,93 62,26

C12 0,06 Péssimo -15,89 95,84

C13 0,02 Péssimo -94,65 539,88

C14 0,02 Péssimo -130,56 743,44

C15 0,00 Péssimo -4098,10 22599,84

C16 0,00 Péssimo -4623,01 25475,82

C17 0,01 Péssimo -277,05 1571,66

C18 0,00 Péssimo -1514,71 8575,30

C19 0,16 Péssimo -14,68 89,45

C20 0,17 Péssimo -14,08 86,09

C21 0,04 Péssimo -50,52 276,30

C22 0,03 Péssimo -59,34 324,06

C23 0,18 Péssimo -11,63 72,43

C24 0,20 Péssimo -7,06 43,08

C25 0,05 Péssimo -8,08 46,12

C26 0,05 Péssimo -5,47 29,42

C27 0,01 Péssimo -281,81 1748,88

C28 0,00 Péssimo -319,59 1980,03

C29 0,03 Péssimo -14,04 87,68

C30 0,01 Péssimo -96,08 629,00




90

5 CONCLUSÕES

1. O Latossolo Vermelho Ácrico típico, de textura muito argilosa, apresentou

as maiores taxas de infiltração;

2. A porcentagem de argila, a relação silte/argila, o grau de floculação, a

microporosidade, a porosidade total, o delta pH e o ponto de carga zero

estimado foram diretamente proporcionais à taxa de infiltração estável dos

solos;

3. A porcentagem de areia, a densidade aparente e o afastamento entre o

ponto de carga zero estimado e o pH em água foram inversamente

proporcional à taxa de infiltração estável dos solos;

4. O modelo de Green-Ampt foi sensível às diferenças das características

físico-hídricas entre os solos estudados, sendo que a combinação da taxa

de infiltração estável associada ao potencial matricial calculado com base

na condutividade hidráulica do solo saturado e a combinação que utiliza a

taxa de infiltração estável associada ao potencial matricial calculado a

partir da textura e da porosidade do solo conseguiram melhor representar

o processo de infiltração da água no solo; e

5. As propostas de adequações dos parâmetros de entrada do modelo de

GA a partir de equações empíricas com a utilização de características do

solo não apresentaram resultados satisfatórios na estimativa da infiltração

acumulada em nenhum dos solos utilizados.

91

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