Simulação do movimento da água no solo utilizando modelo numérico

Um dos principais desafios para o século XXI é o uso sustentável dos recursos hídricos. A agricultura é a maior usuária desse recurso, sendo responsável por aproximadamente 70% dos gastos globais de água. Para o uso racional da água é necessário o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo na condição de não-saturação. A simulação do movimento da água no solo através da modelagem é uma ferramenta importante no entendimento do sistema solo-água-planta, pois permite a previsão e estudo do comportamento da redistribuição da água no solo de maneira eficiente. Porém a forte dependência entre os parâmetros hidráulicos do solo (teor de água, potencial matricial e condutividade hidráulica) fazem da modelagem um assunto complicado, necessitando de modelos numéricos que utilizem intervalos discretos de tempo e espaço. Esses intervalos devem ser suficientemente pequenos para que dentro de um intervalo as variações dos parâmetros hidráulicos sejam insignificantes. Nesta tese é proposto um algoritmo para a descrição do movimento vertical da água no solo, definindo o intervalo de tempo como função de uma variação máxima admissível do teor de água. O algoritmo foi testado para alguns conjuntos de dados hidráulicos de solos, utilizando as condições de contorno de um experimento de perfil instantâneo. A eficiência do algoritmo foi verificada em situações práticas, como na previsão do teor de água na Capacidade de Campo e na predição do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo. Utilizando o algoritmo, também foram estudados o comportamento da retenção e dos parâmetros de condutividade em relação aos parâmetros de drenagem. Concluiu-se que o algoritmo descreve adequadamente o processo de redistribuição de água no solo utilizando intervalos suficientemente pequenos de tempo e espaço; a forma de discretização do tempo não comprometeu a acurácia das medidas; a previsão do teor de água na Capacidade de Campo e do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo foram satisfatórias; e o algoritmo permite o estudo das relações entre os parâmetros hidráulicos do solo.

Simulação da irrigação por inundação e da drenagem nos solos de várzea do Rio Grande do Sul

Os solos de várzea são responsáveis por uma parcela significativa da economia do Rio Grande do Sul. As principais atividades de exploração desses solos são o cultivo do arroz irrigado por inundação e a pecuária. Tendo em vista o método de irrigação adotado, o cultivo do arroz é acompanhado de grandes consumos de água e energia. As más condições de drenagem, associadas à uma série de outros fatores, praticamente limitam a atividade agrícola à essa cultura, e fazem com que a pecuária seja quase uma imposição. Tendo esse quadro como referência foram definidos os objetivos desse trabalho, através dos quais buscaram-se algumas respostas que possam auxiliar na definição de um modelo de exploração mais adequado ao grande potencial que esses solos apresentam. Inicialmente o modelo agroidrológico SWAP foi adaptado às particularidades da irrigação por inundação e dos sistemas de drenagem que têm seus drenos implantados com subsoladores. Criou-se então uma nova versão, denominada SWAP_INU. Na seqüência o modelo foi validado a partir da comparação de seus resultados com observações feitas em áreas da Estação Experimental do Arroz do IRGA. Nessas áreas os perfis de solo têm como característica a presença de horizonte B superficial e impermeável. Uma série de simulações permitiram que fossem confrontadas as lâminas de irrigação e profundidades do lençol freático registradas nos experimentos e calculadas pelo modelo. No caso específico da irrigação, as lâminas observadas e calculadas também foram comparadas com as recomendadas pelo IRGA, quando pode-se constatar que o limite inferior do intervalo recomendado é compatível com as observações e cálculos feitos. Além disso, verificou-se que nesse tipo de perfil as características do horizonte A têm pouca importância sobre os resultados finais. Em outra série de simulações procurou-se relacionar a drenagem com a possibilidade de mecanização. Foram criados cenários com diferentes condições de drenagem superficial e subsuperficial, além da presença de drenos livres. Os resultados mostraram uma dependência muito grande entre os sistemas convencionais, e um desempenho bastante satisfatório da drenagem não convencional. Por fim, os resultados de um modelo simplificado, IRRIGA, foram confrontados com os do modelo SWAP_INU. A proximidade entre os valores calculados indicou um ótimo desempenho do modelo simplificado na estimativa da necessidade total de água para a irrigação por inundação.

Otimização do controle da drenagem em macrobacias urbanas

A urbanização descontrolada das cidades brasileiras tem provocado o agravamento das enchentes naturais e a ampliação de sua freqüência, além de criar novos pontos de alagamento localizados. Isto se deve à crescente impermeabilização do solo com aumento do volume pluvial escoado e redução de amortecimento. A concepção de um projeto de macrodrenagem em uma bacia urbana que considere o controle das inundações, como por exemplo, a implementação de reservatórios de amortecimento em áreas sujeitas a alagamentos, constitui-se em uma tarefa complexa e difícil devido ao grande número de alternativas possíveis, considerando todas as variáveis envolvidas, como capacidades hidráulicas existentes e necessárias das redes de drenagem, disponibilidade de áreas para construção de reservatórios, custos de desapropriação destas áreas, existência de sistemas mistos de coleta, uso de reservatórios abertos ou subterrâneos, dentre outras. Desta forma o projetista coloca-se diante de um dilema: qual o conjunto destas alternativas podem ser o mais eficiente? Este estudo promoveu a análise da aplicabilidade e eficiência de um modelo de otimização associado a modelos hidrológico-hidráulicos como instrumentos de suporte à decisão em problemas de drenagem urbana. A ferramenta desenvolvida compôs-se pelo modelo IPHS1 para a simulação hidrológica e hidráulica, pelo algoritmo de evolução SCE-UA para o processo de otimização através da minimização do custo de implantação das soluções e do módulo EXTRAN do modelo SWMM para a verificação hidráulica dos resultados obtidos e análises de riscos superiores. Os resultados mostraram-se bons e o sistema implementado adaptou-se bem às características das duas bacias analisadas: bacia do arroio do Moinho e bacia do arroio da Areia. O sistema forneceu os cenários de custos otimizados de implantação da solução com detenções distribuídas nas bacias e ampliações de redes, em um curto período de tempo e utilizando dados que seriam necessários para qualquer projeto de macrodrenagem deste tipo. Com os resultados compilados, foram obtidas funções de auxílio à tomada de decisão em planos e projetos de drenagem urbana através de curvas ajustadas aos pontos gerados nas bacias estudadas. Foi realizada a análise de sensibilidade e a avaliação das incertezas envolvidas com o modelo hidrológico utilizado com relação ao seu parâmetro principal, o Curve Number. Esta análise mostrou grandes variações nas vazões de saída das bacias e nos custos das obras com pequenas alterações nos valores de CN. Apresenta-se ainda uma análise econômica da aplicação dos valores obtidos de forma extrapolada para todo o município de Porto Alegre.