Água no Solo. V. Infiltração e água no solo Susana Prada. Representação esquemática das diferentes fases de um solo

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1 V. Infiltração e água no solo Susana Prada Água no Solo ROCHA MÃE SOLO TEMPO Meteorização Química Física + Actividade orgânica Os Solos actuam na fase terrestre do ciclo hidrológico como reservatórios de regulação, amortecendo o caudal drenado superficialmente O solo é um sistema físico heterogéneo, poroso e anisotrópico, composto por 3 fases: 1. Sólida (fragmentos minerais de diversas naturezas e dimensões e matéria orgânica) 2. Líquida (água) 3. Gasosa (ar) Representação esquemática das diferentes fases de um solo V a : volume de ar V w : volume de água V f : volume de fluidos V s : volume de sólidos V t : volume total

2 POROSIDADE, n: Relação entre o volume dos poros preenchido por fluidos e o volume total da amostra: n = V f / V t TEOR VOLÚMICO DE HUMIDADE, θ: a razão entre o volume de água de um solo, V w, e o seu volume total, V t θ = V w /V t θ n GRAU DE SATURAÇÃO, s: a razão entre o volume de água de um solo, V w, e o seu volume de fluidos, V f s = V w /V f θ 1 Enquanto o grau de saturação pode ser 1, V w = V f o teor de humidade máximo, será igual à porosidade, n. O teor de humidade, θ, também é igual ao produto da porosidade pelo grau de saturação, uma vez que: n = V f /V t θ = V w /V t s = V w /V f então: θ = n. s Capacidade de Campo, θcc É o teor de humidade de um solo natural que tenha sido saturado e deixado drenar livremente, ou seja, a quantidade residual de água que um solo consegue reter contra a acção da gravidade (água ligada aos grãos por forças de adesão, de coesão ou de capilaridade). Ponto de emurchecimento permanente, θep Valor máximo do teor de humidade do solo que não é utilizado pelas plantas, é o teor de humidade que rodeia a zona radicular da vegetação, tal que a força de sucção das raízes é menor que a de retenção da água pelo terreno e as plantas não podem extrair!

3 Água utilizável pelas plantas As plantas só conseguem usar a quantidade de água entre a CC e o EP: é a diferença entre os teores de humidade correspondentes à CAPACIDADE DE CAMPO e ao PONTO DE EMURCHECIMENTO PERMANENTE. mm/m = l/m 2 /m = l/m 3 Infiltração, enquanto processo, diz respeito à passagem da água através da superfície do solo para o seu interior Após infiltrar a água circula primeiro pela zona não saturada até atingir a zona saturada Zona de evapotranspiração Zona intermédia, superada a capacidade de campo, a água desce por acção conjunta das forças capilares e da gravidade Percolação da água no solo: processo de movimento, sob a acção da gravidade, da água através do interior do solo Recarga aquífera Alimentação das reservas subterrâneas Zona saturada

4 Zona de aeração ou vadosa Superfície freática Zona de Evapotranspiração ou de humidade do solo, onde as plantas de fixam ( 1-2 m) Zona Intermédia, a água não está disponível para evapotranspiração Franja capilar A água sobe por capilaridade (*) Todos os poros e interstícios estão saturados ZONA NÃO SATURADA: Situada entre a SUPERFÍCIE DO TERRENO e a superfície freática. Subdivide-se nas seguintes sub-zonas: 1. Zona de EVAPOTRANSPIRAÇÃO, compreendida entre a superfície do terreno e os extremos radiculares da vegetação. 2. Zona INTERMÉDIA, zona de maior compacidade que a anterior uma vez que não possui raízes. Em zonas áridas pode atingir 300m e nas húmidas pode não existir. 3. Zona CAPILAR, zona de espessura variável (alguns cm, em solos grosseiros até vários m, em solos finos) em função das forças capilares que a fazem ascender (depende da dimensão dos poros). (*) alguns mm nos terrenos arenosos; alguns m nos terrenos argilosos ZONA SATURADA: Limitada superiormente pela SUPERFÍCIE FREÁTICA, na qual a água preenche completamente todos os espaços existentes entre os materiais do solo ou da rocha. A superfície freática é o lugar geométrico dos pontos com pressão igual à pressão atmosférica. Qualquer ponto situado abaixo desta superfície tem uma pressão superior (peso da coluna de água), enquanto os pontos situados acima, têm pressão inferior à pressão atmosférica (forças capilares). Interesse do estudo do processo de Infiltração: 1. Transformação da precipitação total em precipitação efectiva responsável pelo escoamento superficial (por dedução das perdas de precipitação devidas à infiltração). 2. Estabelecimento de dotações de rega, no sentido de averiguar a quantidade de água susceptível de ser armazenada no solo (na profundidade das raízes). 3. Análise da recarga de aquíferos.

5 Factores da infiltração 1. Disponibilidade de água à superfície do solo; 2. Características físicas do solo, tipo, textura, uso e ocupação do solo; 3. Teor de humidade do solo A espessura da lâmina de água sobre o terreno favorece a infiltração: A inclinação do terreno influi no sentido de manter, durante mais ou menos tempo, uma lâmina de água de certa espessura sobre ele. A presença de vegetação diminui a velocidade do escoamento superficial permitindo que a água esteja mais tempo sobre o terreno. O tipo, desenvolvimento e densidade da cobertura vegetal têm influência na taxa de infiltração. Nas áreas urbanizadas, parcialmente impermeabilizadas, a possibilidade de infiltração fica bastante reduzida. 10% 20% 50% 42% 30% 55% 35% 15%

6 Influência da granulometria, do uso e ocupação do solo na taxa de infiltração Taxa de infiltração Tempo Quanto mais grosseira for a textura do solo, maior a sua condutividade hidráulica, e, consequentemente, maior será a sua taxa de infiltração A presença de vegetação aumenta a infiltração quer pelas as raízes que abrem fendas no solo facilitando a penetração da água, quer pela diminuição da compactação dos solos finos devido ao impacto da chuva. Classificação dos solos em função dos respectivos valores mínimos da taxa de infiltração: arenoso siltoso argiloso Influência do teor de humidade do solo, θ, na taxa de infiltração θ = V w /V t A taxa de infiltração será tanto maior quanto menor for o teor de humidade inicial do solo θ n 0,495 é o valor máximo considerado para a porosidade do solo, n HORTON chama TAXA DE INFILTRAÇÃO de um solo, à máxima quantidade de água da chuva que pode ser absorvida na unidade de tempo, sem se iniciar o ESCOAMENTO SUPERFICIAL. [LT -1 ] A relação entre a intensidade da chuva e a taxa de infiltração vai determinar a quantidade de água que permanecerá no solo e a que, por escoamento directo, alimentará os cursos de água.

7 A taxa de infiltração ao longo de um acontecimento pluviométrico tende a decrescer a partir de um valor inicial máximo. Se a duração da precipitação for suficientemente longa, tal taxa atingirá um valor mínimo, sensivelmente constante, correspondente a uma taxa de infiltração de equilíbrio. Taxa de infiltração, f f 0 f c Não! MODELO EMPÍRICO DE HORTON A TAXA DE INFILTRAÇÃO decresce exponencialmente entre dois valores limite f 0 e f c : K, constante característica do solo e do revestimento superficial e que descreve o decréscimo da taxa de infiltração de f 0 para f c f ( t) f c + ( f 0 = f ) c e Kt f(t), taxa de infiltração no instante t (mm/h) f c, valor final, constante, da taxa de infiltração (mm/h) f 0, valor inicial, máximo, da taxa de infiltração (mm/h) k, constante que depende do tipo de solo t, tempo decorrido desde o início da chuvada (h) Os parâmetros f c, f 0 e k têm de ser determinados experimentalmente

8 No início de uma chuvada a capacidade de infiltração é de 38 mm/h, a capacidade de infiltração após 6 horas é de 8 mm/h, e a constante de recessão de Horton é de 1,11 h -1. calcule a capacidade de infiltração após 3 horas do início da chuvada. (R:9mm/h). Um vaso, munido de um orifício no fundo, contém 5 l de um solo com um teor volúmico de humidade de Sabendo que a capacidade de campo do solo é 0.28, calcule a quantidade de água que sairá pelo orifício quando se deitar no vaso 1 l de água. (R:0.35 l). Num terreno com 1 ha encontra-se instalada uma cultura agrícola com a profundidade radicular de 0.5 m. Sabendo que o solo tem uma capacidade de campo de 0.45 e que o mínimo teor volúmico de humidade admissível para produção é 0.24, estime o volume de água de rega para passar desse mínimo à capacidade de campo. Sabendo que a evapotranspiração média é de 3 mm/d estime também o intervalo de tempo entre duas regas sucessivas. (R:1050 m3; 35dias).

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