ESTIMATIVA DAS CURVAS DE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DE RETENÇÃO A PARTIR DE CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO SOLO

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1 v.11, n. 1, p , jan./jun. 009 ESTIMATIVA DAS CURVAS DE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DE RETENÇÃO A PARTIR DE CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO SOLO Adilon Pinheiro 1 e Lizandra Poeta Teixeira Reumo: O movimento de água no olo é dependente da ua caracterítica fíico-hídrica, que pode er decrito pela condutividade hidráulica, pelo conteúdo de água e pela curva de retenção. A condutividade hidráulica é uma grandeza fíica que exprea a facilidade com que um fluido é tranportado atravé de um meio poroo. A curva de retenção da água pode er definida como endo a relação funcional entre a quantidade de olução em um volume do olo em equilíbrio com a tenão aplicada. Ete trabalho teve por finalidade determinar a curva de retenção e a condutividade hidráulica em 7 ponto amotrai, ituado na bacia experimental do ribeirão Concórdia, localizando no município de Lontra em Santa Catarina. Para tanto, o modelo BEST, que é baeado no método emifíico de Beerkan, foi utilizado e juntamente com ete a informaçõe de curva granulométrica, da maa epecífica aparente, da poroidade e da infiltração tridimenional. O olo do ponto amotrai ão, em ua maioria, franco iltoo. O maior valor da condutividade hidráulica aturada foi obtido na mata nativa (0,65 mm -1 ) e o menor valor foi na área de milho com plantio convencional (0,013 mm -1 ). Obervou-e que exitiu gradiente do potenciai totai na matriz do olo, variando da mata nativa, para a floreta de Pinu, e para o milho e a patagem. Palavra-chave: Condutividade hidráulica. Curva de retenção. Modelo BEST. 1 Introdução O movimento de água no olo é dependente da ua caracterítica fíicohídrica, que pode er decrito pela condutividade hidráulica, pelo conteúdo de água e pela curva de retenção. Libardi (000) conidera que a condutividade hidráulica é uma grandeza fíica que exprea a facilidade com que um fluido é tranportado atravé de um meio poroo e que depende, portanto, tanto da propriedade do meio como da propriedade do fluido. A condutividade hidráulica é uma função da umidade do olo, ou eja, quanto maior for a umidade maior erá o eu valor. Detacam-e como principai elemento fíico do olo que atuam obre a condutividade hidráulica: o tamanho da partícula, o índice de vazio, a etrutura, a etratificação e grau de aturação do olo (ALONSO, 005). A curva de retenção da água pode er definida como endo a relação funcional entre a quantidade de olução em um volume do olo em equilíbrio com a tenão aplicada. É repreentada repectivamente pela umidade volumétrica (θ) e pelo potencial 1 Univeridade Regional de Blumenau (FURB) Campu II, Rua São Paulo, 350 CEP Blumenau/SC. pinheiro@furb.br lilioceano@yahoo.com.br matricial (ψ m ). A ditinção que pode er encontrada na curva de retenção tem, como principai reponávei, a etrutura do olo, o teor de umidade inicial, o índice de vazio, o tipo de olo, entre outro fatore (SILVA et al., 006). Com a curva caracterítica de água no olo ão poívei inúmera aplicaçõe, detacando-e a determinação da poroidade drenável, capacidade de campo, ponto de murcha permanente, água diponível, condutividade hidráulica não aturada, além de balanço hídrico, determinando-e a variabilidade do armazenamento de água no olo (CENTURION; ANDRIOLI, 000; MELLO et al.,005). Laabatére et al. (006) decrevem o modelo BEST (Beerkan Etimation of Soil Tranfer Parameter through Infiltration Experiment) baeado no método emifíico de Beerkan, para determinação do parâmetro da curva da condutividade hidráulica K(θ) e de retenção h(θ). A repreentaçõe da curva da condutividade hidráulica e de retenção ão realizada pelo modelo de Van Genutchen (1980):

2 v.11, n. 1, p , jan./jun onde m = 1 θ θr θ θ n r 1 = + h h g n m e Brook e Corey (1964) expream por: onde: K 0 = K θ θ r θ θ θ = umidade volumétrica (m -3 m -3 ), θ r = umidade volumétrica reidual (m -3 m -3 ), θ = umidade volumétrica aturada (m -3 m -3 ), h = potencial matricial (m), h g = valor de ecala de h (m), m e n = parâmetro de forma, K = condutividade hidráulica aturada do olo (m h -1 ), η = o parâmetro de forma para a curva de condutividade hidráulica. Eta funçõe ão decrita analiticamente por cinco parâmetro: doi de forma, m ou n e η, relacionado com a textura, obtido a partir da curva de ditribuição do tamanho da partícula e da poroidade, e trê de normalização θ, K e h g, que reultam da etrutura do olo. O parâmetro de forma da curva de retenção (m e n) ão obtido atravé da relaçõe eguinte: m = 1 p m ( n = 1 m 1 + p r m η 1) onde p m é etimado por (ZATARÁIN et al., 003): MN p m = (1 + k) 1 + M 1 endo o k etimado por (FUENTES et al., 1998): onde: k = 1 (1 ) M e N = parâmetro de forma da curva de ditribuição do tamanho da partícula, p m = índice de forma do meio, m e n = parâmetro de forma da curva de retenção, k = coeficiente, = dimenão fractal relativa. O parâmetro de forma da curva de condutividade hidráulica (η) é etimado por: Onde: η = + + p mn η = parâmetro de forma da curva de condutividade hidráulica, m e n = parâmetro de forma da curva de retenção, p = tortuoidade. O parâmetro de normalização θ é etimado pela umidade gravimétrica aturada da maa epecífica do olo, enquanto K e h g ão obtido atravé da modelagem do experimento de infiltração (SOUZA et al., 008). O parâmetro h g é etimado por: h g = c p (θ θ endo c p expreo como: o S ) 1 + θ θ η k Γ nη Γ nη m 1 n c p = Γ 1 + n Γ(nη) Γ(nη + m) onde: θ = umidade volumétrica (m -3 m -3 ), 1 n

3 v.11, n. 1, p , jan./jun θ = umidade volumétrica aturada (m -3 m -3 ), S = orvidade (mm -1/ ), c p = valor de ecala de h (m), m e n = parâmetro de forma da curva de retenção, K = condutividade hidráulica aturada do olo (m h -1 ), η = o parâmetro de forma para a curva de condutividade hidráulica, Γ = função gama cláica. Material e método Para a determinação da curva de retenção (h(θ)) e da condutividade hidráulica (K(θ)) e do parâmetro intríneco a eta, foi utilizado o modelo BEST, deenvolvido por Laabatére et al. (006), que é baeado no método emifíico de Beerkan, decrito acima. Para a determinação do parâmetro da curva foram utilizada a informaçõe de curva granulométrica, maa epecífica aparente, poroidade e de infiltração tridimenional, obtida com anel imple. Foram realizada amotragen e enaio em 7 ponto amotrai, ituado na bacia experimental do ribeirão Concórdia, pertencente à vertente atlântica do Etado de Santa Catarina..1 Granulometria A granulometria foi determinada por peneiramento e por edimentação. O enaio de determinação da granulometria por edimentação eguiu a NBR 7181 (ABNT, 1984). A amotra foi preparada por quarteamento, tomando a quantidade de amotra preparada com ecagem prévia. A amotra de olo coletada foi colocada em uma peneira de mm, para a eparação da fração groa (>,0 mm) e da fração fina (<,0 mm). Para a análie granulométrica da fraçõe groeira foi utilizado o proceo de peneiramento, que conitiu na utilização de agitador mecânico para peneirar o material na peneira de malha 50, 38, 5, 19, 9,5, 4,8 e,0 mm. A amotra retida nela foram peada e ua maa anotada. O material que não ficou retido na peneira de,0 mm, ou eja, a fração fina foi peada para a determinação do peo total da amotra e eparada para a realização do enaio de edimentação. Nete cao, o material é tranferido para um béquer com a adição de um defloculante (trifofato de ódio) para a deagregação da partícula. Apó 1 hora, a amotra foram tranferida para uma proveta. Foram feita leitura do tempo de edimentação juntamente com a temperatura, utilizando-e de um denímentro e um termômetro, repectivamente. A alíquota de fração fina detinada ao enaio de peneiramento foi retirada da proveta ao fim do enaio e então colocada para ecagem em etufa a aproximadamente 105ºC. Apó a ecagem e com o auxilio de um agitador mecânico, o material em quetão paou pela peneira de 1,, 0,6, 0,4, 0,5, 0.15, 0,075 mm, para, aim, regitrarem-e a maa.. Infiltração tridimenional A infiltração tridimenional foi determinada com enaio em um anel de diâmetro de 5 cm e 5 cm de altura. A ecolha do ponto foi feita pela diferença no uo da terra exitente. Em cada ponto de amotragem foram feito doi enaio de infiltração, viando a obter reprodutibilidade. O enaio conite em penetrar no olo 1 cm de profundidade. O volume de água infiltrada foram medido no intante de tempo de 1,, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 0, 5, 30, 35, 40, 45, 50, 55 e 60 minuto. 3 Reultado e dicuão Na Tabela 1 ão apreentada a compoiçõe granulométrica do olo do ponto amotrai. Oberva-e que ocorre heterogeneidade da compoiçõe granulométrica. Ao e aplicarem ea fraçõe granulométrica no diagrama triangular da clae texturai do olo (LEMOS; SANTOS, 1996), oberva-e que, na camada uperficial (0 a 0 cm), o olo ão claificado, em ua maioria, como franco iltoo. O valore gerado pelo modelo BEST ão apreentado na Tabela. O valore de m variaram entre 0,054 (mata nativa) e 0,136 (milho em cultivo convencional). Contata-e que o maior valor é cerca de 3 veze uperior ao menor. No entanto, o valore de n variam pouco. Ele etão compreendido entre,114 e,314. A aplicação dete parâmetro reulta na curva de retenção apreentada na Figura 1. De acordo com Trentin (005), memo

4 v.11, n. 1, p , jan./jun que o olo pertençam à mema clae textural, podem ter curva de retenção ditinta, principalmente devido à diferença de granulometria, teor de matéria orgânica, tipo de argila e diferença de microetrutura. Tabela 1 - Compoição granulométrica (%), tipo de olo, uo da terra e manejo do olo no ponto amotrai. Ponto Areia Silte Argila Tipo de olo Uo da terra Manejo do olo 1 1,39 67,4 11,36 Franco Siltoo Patagem Perene 17,9 77,88 4,1 Franco Siltoo Floreta de Pinu com idade de 3 ano 3 38,48 48,55 1,97 Franco Cultivo de Cereai (Milho) Plantio convencional, em rotação de cultura 4 34,83 6,11 3,06 Franco Siltoo Refloretamento de Eucalipto com idade de 9 ano 5 17,95 78,41 3,64 Franco Siltoo Patagem perene 6 5,9 67,41 7,31 Franco Siltoo Cultivo de Cebola Plantio Convencional, com rotação de cultura 7 38,6 40,47 0,90 Franco Mata Nativa Tabela - Parâmetro de forma da curva de ditribuição da partícula e parâmetro de forma da curva da funcionai de h(θ) e K(θ) Parâmetro de forma da curva de ditribuição da partícula Parâmetro de forma da curva da funcionai de h(θ) e K(θ) Ponto M N MN Dg m n η cp K S 1 0,173,4 0,4 149,35 0,083,18 13,993,373 0,08 1,077 0,9,594 0, ,15 0,14,8 10,08,167 0,071 0, ,169,408 0, ,48 0,096,13 1,387,3 0,044 0, ,61,707 0, ,136 0,136,314 9,371,117 0,034 1,60 5 0,3,573 0,573 19,1 0,116,63 10,597, 0,065 1,19 6 0,183,448 0, ,93 0,099,19 1,16,86 0,013, ,097,16 0,14 981,893 0,054,114 0,496,575 0,65 0,487 Oberva-e que exite gradiente do potenciai totai na matriz do olo, variando da mata nativa, para floreta de Pinu, e patagem e milho. Além dito, verifica-e que a curva de retenção do refloretamento de eucalipto apreenta potencial total uperior àquele da floreta de Pinu.

5 v.11, n. 1, p , jan./jun Refloretamento de Eucalipto Patagem Milho e Cebola_Rotação de cultura 1000 Milho Ponto Patagem Ponto 3 h (m) 10 1 Área Nativa Floreta de Pinu Ponto 11 Ponto 1 Ponto 14 0,1 Ponto 16 Ponto 0 0,01 0,001 0,00 0,10 0,0 0,30 0,40 0,50 0,60 θ (cm 3 cm -3 ) Figura 1 - Curva de retenção do ponto amotrai O coeficiente η varia entre 9,371 (refloretamento de eucalipto) e 0,496 (mata nativa). A aplicação dete parâmetro é motrada na Figura, onde é repreentada a variação da condutividade hidráulica em função da umidade do olo. Oberva-e crecimento da curva de condutividade hidráulica da mata nativa para a patagem. A eqüência intermediária é floreta de Pinu, refloretamento de eucalipto e milho. Ito implica coniderar que a curva de condutividade hidráulica apreenta uma variação que etá aociada ao uo floretal, paando pela agricultura e finalizando com a patagem. O maior valor da condutividade hidráulica aturada foi obtido na mata nativa (0,65 mm -1 ) e o menor, na área de milho com plantio convencional (0,013 mm -1 ). A variação entre o extremo é de cerca de 0 veze, o que pode er coniderada adequada ao olo da bacia. Souza et al. (008) etimaram condutividade hidráulica em trê Latoolo Amarelo e trê Neoolo Flúvico, cujo valore variam entre 0,01 e 0,19 mm -1. 1,10 Floreta de Pinu 1,00 0,90 Refloretamento de Eucalipto Ponto 1 K(θ) (mm/) 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,0 Área Nativa Patagem Milho e Cebola_ Rotação de cultura Patagem Ponto 3 Ponto 11 Ponto 1 Ponto 14 Ponto 16 Ponto 0 0,10 Milho 0,00 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 θ (cm 3 cm -3 ) Figura - Curva de condutividade hidráulica do ponto amotrai.

6 v.11, n. 1, p , jan./jun No entido invero, foram obtido o valore da orvidade. Eta propriedade fíica do olo decreve a capacidade de um olo homogêneo aborver água na auência de efeito gravitacionai. Ela varia entre 0,487 (mata nativa) e,455 mm -1/ (plantio de milho com manejo convencional). Silva e Libardi (000) determinaram a orvidade de um olo claificado como Terra Roxa Etruturada, uando um permeametro de dico. Ee autore encontraram valore de orvidade entre 0,149 a,65 mm -1/. O valore da orvidade variaram em função da condiçõe iniciai da uperfície. Souza et al. (008) etimaram a orvidade com o modelo BEST em trê Latoolo Amarelo e trê Neoolo Flúvico, variando entre 0,49 e,48 mm - 1/. Por outro lado, Souza et al. (008) verificaram que o valore de orvidade foram maiore para a uperfície em crota que para a uperfície com crota. 4 Concluõe - Pelo enaio granulométrico o olo dete ponto amotrai foram claificado, em ua maioria, como franco iltoo; - A mata nativa apreentou o maior valor de condutividade hidráulica aturada. O contrário foi obervado para a área com cultivo de milho em plantio convencional; - O potenciai totai da matriz do olo apreentaram gradiente que variaram no trê meio (maior para menor potencial): mata nativa, floreta de Pinu, milho e patagem. 5 Etimation of hydraulic conductivity and retention curve from phyical characteritic of oil Abtract: Water movement in oil i dependent on it phyical-hydric characteritic, which can be decribed by the hydraulic conductivity, and through the water content and retention curve. The hydraulic conductivity i a phyical value that expree the eae with which the fluid i tranported through a porou medium. The water retention curve can be defined a being the functional relation between the quantity of olution in a volume oil in equilibrium with the applied tenion. Thi work had the finality to determine the retention (h(θ)) and hydraulic conductivity (K(θ)) curve on 7 ampling point, located in the experimental bain of Ribeirao Concordia, located in the municipality of Lontra in Santa Catarina. For that matter the BEST Model, which i baed on the method of "Beerkan" wa ued, a well a, the information granulometric curve, pecific ma, poroity and tridimenional infiltration. The ampling point of the oil are motly ilty loam. The bigget value of aturated hydraulic conductivity wa obtained in the native foret (065 mm -1 ) and the lowet value wa in the maize area with conventional tillage (0,013 mm -1 ). It i oberved that there i a gradient of total potential in the oil matrix, ranging from native foret, pine foret, maize and pature. Key-word: Hydraulic conductivity. Retention Curve. BEST Model. 6 Referência ABNT - Aociação Braileira de Norma Técnica. NBR olo: análie granulométrica: método de enaio. Rio de Janeiro, ABNT, p. ALONSO, T. P. Condutividade Hidráulica de Solo Compactado em Enaio com Permeâmetro de Parede Flexível. São Paulo: USP, 005, Diertação (Metrado), Ecola de Engenharia de São Carlo, Univeridade de São Paulo, 005. BROOKS, R. H.; COREY, A. T. Hydraulic propertie of porou media. Hydrology Paper, n. 3, Fort Collin: Colorado State Univerity, CENTURION, J, F.; ANDRIOLI, I, Regime hídrico de algun olo de Jaboticabal, Revita Braileira de Ciência do Solo. Viçoa, v.4, n. 4, p , 000. FUENTES, C; VAUCLIN, M., PARLANGE, J Y., HAVERKAMP, R. Soil water conductivity of a fractal oil. In: BAVEYE, P., PARLANGE, J. Y.; STEWART, B. A. (ed.) Fractal in oil cience. Boca Raton: CRC, LASSABATÉRE,L.; ÂNGULO-JARAMILLO, R.; SORIA, J. M.; CUENCA, R.; BRAUD, I.; HAVERKAMP, R. Beerkan etimation of oil tranfer parameter through infiltration experiment BEST. Soil Science Society of American Journal, v. 70, 006.

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