Modelagem da curva de retenção de água de Latossolos utilizando a Equação Duplo Van Genuchten

Os Latossolos da região do Cerrado brasileiro, em função da mineralogia da fração argila e estrutura granular, apresentam elevado volume de poros grandes e de poros extremamente pequenos, não mostrando significativo volume de poros intermediários, o que faz com que neles a disponibilidade de água para as plantas seja baixa. Este trabalho objetivou caracterizar e modelar o comportamento da retenção de água em Latossolos oxídicos da região do Cerrado, pertencentes a diferentes classes texturais. Foram coletadas amostras do horizonte Bw de 10 Latossolos oxídicos sob vegetação nativa. A retenção de água nos potenciais matriciais de 1, 2, 4, 6, 8 e 10 kPa foi obtida em unidade de sucção nos potenciais de 33, 60, 100, 500 e 1.500 kPa no extrator de Richards, e a água retida sob potenciais de 1.500 a 300.000 kPa foi quantificada utilizando o psicrômetro de termopar WP4-T. O modelo duplo van Genuchten foi proposto para ajustar os dados experimentais de retenção de água por meio de procedimentos de ajuste de modelos não lineares do software R 2.10.1; também foi avaliada a relação entre as estimativas dos parâmetros do modelo, bem como a inclinação do ponto de inflexão com as propriedades texturais dos solos, aplicando o teste de correlação de Pearson. Os resultados mostraram o bom ajuste do modelo e alto poder de predição, sendo observada correlação do conteúdo de argila do solo com os parâmetros da equação (Usat, Upmp, Ures), assim como, com a inclinação do segundo ponto de inflexão (Itex). A textura dos Latossolos influenciou o comportamento das curvas de retenção de água. As curvas de retenção de água dos Latossolos em estudo apresentaram comportamento bimodal no intervalo de potencial matricial estudado.

Curva de retenção de água elaborada pelo método do psicrômetro para uso na determinação do índice "S" de qualidade física do solo

RESUMO A curva de retenção representa a relação entre o teor de água no solo e a energia com a qual a mesma está retida nos poros e/ou adsorvida nas partículas minerais do solo. Trata-se de uma relação com várias e importantes aplicações práticas relacionadas à relação solo-água em agricultura. Atualmente, é também utilizada como base para determinação de índices de qualidade física do solo, a exemplo do índice "S" proposto por Dexter em 2004. Para sua elaboração existe uma grande variedade de métodos, dentre os quais o que usa a câmara de pressão de Richards é o mais tradicional. Atualmente equipamentos eletrônicos, a exemplo do psicrômetro WP4, têm sido sugeridos como instrumentos úteis para a elaboração da curva de retenção. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar o potencial da curva de retenção de água no solo elaborada pelo método do psicrômetro para utilização na determinação do índice "S" de qualidade física do solo. Os resultados mostram que curvas de retenção de água no solo, elaborada pelo método do psicrômetro, apresentam alterações nos parâmetros de ajuste relativos à equação de Van Genuchten, podendo subestimar os valores do índice "S" de qualidade física do solo.

Curva de retenção de água no solo estimado pelo método da câmara de Richards e psicrômetro

Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV

Alternative Analytical Expressions for the General van Genuchten-Mualem and van Genuchten-Burdine Hydraulic Conductivity Models

The van Genuchten expressions for the unsaturated soil hydraulic properties, first published in 1980, are used frequently in various vadose zone flow and transport applications assuming a specific relationship between the m and n soil hydraulic parameters. By comparison, probably because of the complexity of the hydraulic conductivity equations, the more general solutions with independent m and n values are rarely used. We expressed the general van Genuchten-Mualem and van Genuchten-Burdine hydraulic conductivity equations in terms of hypergeometric functions, which can be approximated by infinite series that converge rapidly for relatively large values of the van Genuchten-Mualem parameter n but only very slowly when n is close to one. Alternative equations were derived that provide very close approximations of the analytical results. The newly proposed equations allow the use of independent values of the parameters m and n in the soil water retention model of van Genuchten for subsequent prediction of the van Genuchten-Mualem and van Genuchten-Burdine hydraulic conductivity models, thus providing more flexibility in fitting experimental pressure-head-dependent water content, theta(h), and hydraulic conductivity, K(h), or K(theta) data.

Modeling of transpiration reduction in van Genuchten-Mualem type soils

We derive an analytic expression for the matric flux potential (M) for van Genuchten-Mualem (VGM) type soils which can also be written in terms of a converging infinite series. Considering the first four terms of this series, the accuracy of the approximation was verified by comparing it to values of M estimated by numerical finite difference integration. Using values of the parameters for three soils from different texture classes, the proposed four-term approximation showed an almost perfect match with the numerical solution, except for effective saturations higher than 0.9. Including more terms reduced the discrepancy but also increased the complexity of the equation. The four-term equation can be used for most applications. Cases with special interest in nearly saturated soils should include more terms from the infinite series. A transpiration reduction function for use with the VGM equations is derived by combining the derived expression for M with a root water extraction model. The shape of the resulting reduction function and its dependency on the derivative of the soil hydraulic diffusivity D with respect to the soil water content theta is discussed. Positive and negative values of dD/d theta yield concave and convex or S-shaped reduction functions, respectively. On the basis of three data sets, the hydraulic properties of virtually all soils yield concave reduction curves. Such curves based solely on soil hydraulic properties do not account for the complex interactions between shoot growth, root growth, and water availability.

Cálculo do volume na equação de van der Waals pelo método de cardano

Analytical solutions of a cubic equation with real coefficients are established using the Cardano method. The method is first applied to simple third order equation. Calculation of volume in the van der Waals equation of state is afterwards established. These results are exemplified to calculate the volumes below and above critical temperatures. Analytical and numerical values for the compressibility factor are presented as a function of the pressure. As a final example, coexistence volumes in the liquid-vapor equilibrium are calculated. The Cardano approach is very simple to apply, requiring only elementary operations, indicating an attractive method to be used in teaching elementary thermodynamics.

Ciclos limites e a equação de van der Pol

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicações da equação de Van Der Waals no estudo de colisões entre átomos e moléculas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estimation of water retention curve from mercury intrusion porosimetry and van Genuchten model

The water retention curve (WRC) is a hydraulic characteristic of concrete required for advanced modeling of water (and thus solute) transport in variably saturated, heterogeneous concrete. Unfortunately, determination by a direct experimental method (for example, measuring equilibrium moisture levels of large samples stored in constant humidity cells) is a lengthy process, taking over 2 years for large samples. A surrogate approach is presented in which the WRC is conveniently estimated from mercury intrusion porosimetry (MIP) and validated by water sorption isotherms: The well-known Barrett, Joyner and Halenda (BJH) method of estimating the pore size distribution (PSD) from the water sorption isotherm is shown to complement the PSD derived from conventional MIP. This provides a basis for predicting the complete WRC from MIP data alone. The van Genuchten equation is used to model the combined water sorption and MIP results. It is a convenient tool for describing water retention characteristics over the full moisture content range. The van Genuchten parameter estimation based solely on MIP is shown to give a satisfactory approximation to the WRC, with a simple restriction on one. of the parameters.

Estudo de parâmetros físicos, químicos e hídricos de um Latossolo Amarelo, na região Amazônica

Estudou-se os atributos físicos, hídricos e químicos de um Latossolo sob sistema de agroflorestal na região Amazônica. O solo foi descrito morfologicamente e amostras com estrutura deformada foram coletadas para caracterização física e química. A análise das propriedades hidráulicas foi realizada a partir de amostras indeformadas coletadas a cada camada de 0,10 m até 1,00 m de profundidade com 5 repetições para determinação da condutividade hidráulica do solo saturado (Ko) pelo método do permeâmetro de carga decrescente e determinação das curvas de retenção (fim(teta)), utilizando as tensões de 1, 2 e 4 kPa (funis de placa porosa) e 10, 30, 50, 100, 500 e 1500 kPa (câmaras de pressão com placa porosa). As demais análises foram realizadas até 1,50 m de profundidade. Os valores de Ko nas camadas apresentaram grande homogeneidade estando compreendido entre 2,22 a 3,20 cm dia-1, sendo relacionados com variação da densidade do solo e porosidade. A retenção hídrica demonstra que o solo tem a capacidade de reter elevada quantidade de água, mesmo quando submetido a elevados potenciais, indicando uma baixa disponibilidade para as plantas. As curvas de retenção não apresentaram um bom ajuste pela equação de van Genuchten , sugerindo uma distribuição de poros bimodal.

Inter-relações entre as propriedades físicas e os coeficientes da curva de retenção de água de um latossolo sob diferentes sistemas de uso

O comportamento físico e hídrico do solo fundamenta as práticas de seu uso e manejo. O objetivo deste trabalho foi avaliar as inter-relações entre as propriedades físicas e os coeficientes da curva de retenção de água de um Latossolo Vermelho distrófico sob diferentes sistemas de uso. Em 2004, foram selecionadas três áreas contíguas utilizadas por mais de vinte anos com mata (nativa), pousio (Brachiaria decumbens) e cultivo (culturas anuais). Foram coletadas 25 amostras de solo com estrutura não deformada na camada de 0-0,15 m de profundidade, que foram utilizadas para determinação das curvas de retenção de água do solo. As curvas de retenção de água foram ajustadas pela equação de van Genuchten, obtendo-se os coeficientes qs, qr, a e n. Também foram mensuradas as variáveis densidade do solo, teor de C orgânico e teor de argila do solo (grupo I). Essas variáveis e os coeficientes das curvas de retenção do solo (grupo II) foram submetidos às análises de correlações canônicas. Verificou-se que a intensificação do uso do solo (mata, pousio e cultivo) resultou em maiores valores de densidade do solo e na redução dos teores de C orgânico e argila. O primeiro par das variáveis canônicas indicou dependência de qs em relação a densidade, e o segundo par distinguiu os sistemas de uso do solo verificado pela dependência de qr em relação aos teores de argila e de C orgânico. As modificações dos teores de C orgânico e da densidade do solo sugerem a degradação da qualidade física e hídrica do solo.

Métodos de obtenção da capacidade de suporte de carga de um argissolo cultivado

O controle da capacidade de suporte à carga do solo pode minimizar os efeitos danosos da compactação. O objetivo deste estudo foi avaliar o uso de métodos de determinação da tensão de pré-consolidação num Argissolo Vermelho-Amarelo cultivado e submetido a diferentes condições. Os tratamentos empregados foram: semeadura direta (testemunha), semeadura direta com intensidade de tráfego de 24,79 Mg km ha-1 e 49,59 Mg km ha-1, cultivo mínimo há cinco meses e cultivo mínimo em solo compactado pelo tráfego de uma pá-carregadora (260 kPa de pressão ao solo e 24,67 Mg km ha-1). Os métodos usados para estimação da capacidade de suporte foram: (1) interseção da reta de compressão virgem (RCV) com o eixo x na deformação zero; (2) intercepto da RCV pela regressão com os primeiros dois pontos da curva; (3) intercepto da RCV pela regressão com os três pontos da curva; (4) resistência do solo a 2,5 % da deformação; (5) Casagrande, por meio do ajuste sigmoidal da equação de van Genuchten (1980); e (6) Pacheco & Silva (ABNT, 1990), também por esse meio. Os métodos de 2,5 % da deformação e a interseção da RCV com eixo x estimaram, no geral, valores abaixo da referência ao longo de todas as camadas analisadas. Já o método de regressão teve comportamento dependente da inclinação da RCV; em inclinações elevadas houve superestimação; e em inclinações baixas, ocorreu o contrário.

Condutividade hidráulica de um Latossolo Vermelho em pousio e cultivo intensivo

O entendimento e a predição do fluxo de água no solo são essenciais ao manejo agrícola e ambiental. O objetivo deste trabalho foi determinar e comparar a condutividade hidráulica obtida com a técnica do perfil instantâneo no campo, em um solo mantido em pousio por seis anos e outro cultivado intensivamente por igual período. A técnica empregada para a obtenção da condutividade hidráulica foi a de Hillel. A quantidade de água no Latossolo Vermelho foi determinada convertendo-se os valores de potencial matricial da água no solo em umidade volumétrica, segundo a equação de van Genuchten. As determinações de potencial matricial foram realizadas nas profundidades de 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 e 1,0 m, ao longo de 24 dias. Os maiores valores de condutividade hidráulica até a profundidade de 1,0 m ocorreram no solo em pousio. O parâmetro condutividade hidráulica saturada é o responsável pelos maiores valores da função K(teta) determinada em todas as profundidades, independentemente da umidade do solo utilizada como referência.

Condutividade hidráulica de um Latossolo Vermelho em pousio e cultivo intensivo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

New Analytic Solution Related to the Richards, Philip, and Green-Ampt Equations for Infiltration

Based on physical laws of similarity, an analytic solution of the soil water potential form of the Richards equation was derived for water infiltration into a homogeneous sand. The derivation assumes a similarity between the soil water retention function and that of the soil water content profiles taken at fixed times. The new solution successfully described soil water content profiles experimentally measured for water infiltrating downward, upward, and horizontally into a homogeneous sand and agrees with that presented by Philip in 1957. The utility of this analysis is still to be verified, but it is expected to hold for soils that have a narrow pore-size distribution before wetting and that manifest a sharp increase of water content at the wetting front during infiltration. The effect of van Genuchten`s parameters alpha and n on the application of the solution to other porous media was investigated. The solution also improves and provides a more realistic description of the infiltration process than that pioneered by Green and Ampt in 1911.