Hidrologia Infiltracao pdf

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Engenharia Civil 
Hidrologia Aplicada 
Professor Julio César Sebastiani Kunzler 
Infiltração e água no solo 
Infiltração e água no solo 
• Águas Subterrâneas: zona mais profunda, 
caracterizada pelo preenchimento total dos poros do 
solo (Zona saturada); 
• Água no solo: Zona menos profunda do solo, 
caracterizada pelo preenchimento parcial dos poros 
com ar (maior parte do tempo); 
• Infiltração: é a penetração da água no solo, a partir 
da superfície. 
Infiltração e água no solo 
Infiltração e água no solo 
• Composição e textura do solo: o solo pode ser considerado 
como um conjunto de partículas sólidas de diversas formas e 
tamanhos, intercaladas por poros, que também apresentam 
diversas formas e tamanhos (Libardi, 2012). 
• Textura do solo: Areia, silte e argila 
 
Infiltração e água no solo 
• A textura do solo afeta o 
armazenamento da água 
no solo e seu movimento. 
• Ao lado classificação do 
DEA; 
Infiltração e água no solo 
• Armazenamento de água no solo 
• 𝑉𝑡 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑝 𝛼 =
𝑉𝑝
𝑉𝑡
, com: 
• a= porosidade; Vt = volume total; Vs= Volume dos sólidos e 
Vp= volume dos poros. 
• A umidade do solo pode ser quantificada por: 
• 𝜃 =
𝑉𝑎
𝑉𝑡
, com Va= volume de água armazenada no solo. 
 
Infiltração e água no solo 
• Medição de umidade do solo 
• 𝜃 =
𝑀𝑢−𝑀𝑆
𝜌𝑉𝑡
, sendo Mu é a massa da amostra de solo úmido 
(kg), Ms é a massa da amostra do solo após a secagem no 
forno (kg) e r é a massa específica da água (kg/m³). 
• Retenção de água no solo 
• Forças devido a capilaridade e adsorção (força mátrica) 
• Capacidade de Campo: a umidade sai pela ação da gravidade 
• Ponto de Murcha: mesmo exercendo sucção as plantas não 
conseguem mais retirar umidade do solo 
• A quantidade de água que o solo pode armazenar para as 
plantas é a diferença entre a quantidade de umidade na 
capacidade de campo e no ponto de murcha. 
 
Infiltração e água no solo 
 
Infiltração e água no solo 
• Movimento de água no solo 
• 𝑞 = 𝐾
𝜕ℎ
𝜕𝑥
 𝑄 = 𝐾𝐴
𝜕ℎ
𝜕𝑥
 Equação de Darcy 
• onde Q é o fluxo de água (m3.s-1); A é a área (m2); q é o fluxo 
de água por unidade de área (m.s-1), K é a condutividade 
hidráulica (m.s-1), h é a carga hidráulica (m): e x é a distância 
(m). 
Infiltração e água no solo 
• 𝑞 = −𝐾(𝜃)
𝜕 𝜓+𝑧
𝜕𝑧
 
•
𝜕𝜃
𝜕𝑡
+
𝜕𝑞
𝜕𝑧
= 0 
•
𝜕𝜃
𝜕𝑡
=
𝜕
𝜕𝑧
𝐾 𝜃
𝜕𝜓
𝜕𝑧
+ 1 
• Equação de Richards 
• onde q é o fluxo de água por unidade de área (m.s-1): K(q) é a 
condutividade hidráulica em solo não saturado (m.s-1): Ψ é o 
potencial mátrico (m): z é o potencial gravitacional (ou a 
distância vertical na direção do fluxo de água) (m). 
Infiltração e água no solo 
• O conteúdo de umidade no solo é variável ao longo do tempo 
e ao longo da profundidade em uma coluna de solo. Em 
períodos secos, a umidade do solo é maior em profundidades 
maiores, e menor mais próximo da superfície. Já em períodos 
úmidos e após eventos de chuva, a umidade é maior em 
camadas de solo mais próximas da superfície, conforme 
ilustra a figura 
Infiltração e água no solo 
• Infiltração de água no solo 
• Uma chuva que atinge um solo inicialmente seco será inicialmente 
absorvida totalmente pelo solo, enquanto o solo apresenta muitos poros 
vazios (com ar). Nessa condição, o potencial mátrico do solo é muito alto, 
e a água da chuva é absorvida muito rapidamente. À medida que os poros 
vão sendo preenchidos, a infiltração tende a diminuir, estando limitada 
pela capacidade do solo de transferir a água para as camadas mais 
profundas. 
 
Infiltração e água no solo 
• Medição da capacidade de infiltração 
 
Infiltração e água no solo 
• A taxa de infiltração é a quantidade de água que penetra no 
solo ao longo do tempo. Normalmente a taxa de infiltração é 
expressa em unidades de mm.hora-1. 
• A máxima taxa de infiltração que um solo pode ter é definida 
como sua capacidade de infiltração. 
• Quando a intensidade da chuva é inferior à capacidade de 
infiltração, toda a água da chuva infiltra no solo. 
Infiltração e água no solo 
• Equação de Horton da Infiltração 
• 𝑓 = 𝑓𝑐 + 𝑓0 − 𝑓𝑐 𝑒−𝛽𝑡 
f= capacidade de infiltração num instante qualquer (mm/hora) 
fc= capacidade de infiltração em condição de saturação do solo 
(mm/hora) 
f0= capacidade de infiltração inicial do solo (mm/hora) 
t= tempo (horas) 
b= parâmetro a ser determinado com base nas medições de 
campo (hora-1) 
Infiltração e água no solo 
 
Infiltração e água no solo 
• Modelo de capacidade de infiltração de Green e Ampt 
• o processo de infiltração idealizado por Green e Ampt é de 
uma frente de molhamento abrupta, que está ilustrada na 
figura. frente de molhamento abrupta separa o solo saturado 
(acima) do solo relativamente seco abaixo. 
 
Infiltração e água no solo 
• o modelo de infiltração de Green e Ampt descreve o processo de 
avanço da frente de molhamento ao longo do tempo. A 
profundidade L da frente é relacionada ao tempo do processo de 
infiltração t. O solo tem uma porosidade a e um conteúdo de 
umidade inicial q. 
• Considerando válido o avanço idealizado da frente abrupta de 
molhamento, a lâmina total infiltrada F pode ser relacionada à 
profundidade da frente L pela equação 
• 𝐹 = 𝐿 𝛼 − 𝜃 = 𝐿Δ𝜃 
• onde F(t) é a lâmina total infiltrada desde o início do processo (mm), L é a 
profundidade atingida pela frente de molhamento (mm): a é a porosidade 
do solo; q é o conteúdo de umidade do solo no início do processo de 
infiltração (adimensional), e Dq é o déficit inicial de umidade do solo em 
relação à saturação. 
Infiltração e água no solo 
• A mesma frente de molhamento pode ser analisada 
considerando válida uma aproximação por diferenças finitas 
da lei de Darcy, aplicada desde a superfície do solo até a 
frente de molhamento: 
• 𝑓𝑡 = 𝐾
Δℎ
Δ𝑧
 Δℎ = 𝜓 + 𝐿 
• 𝑓𝑡 = 𝐾
𝜓+𝐿
L
 𝑓𝑡 = 𝐾
𝜓Δ𝜃+𝐿
𝐹
 
•
𝑑𝐹
𝑑𝑡
= 𝐾
𝜓Δ𝜃+𝐿
𝐹
 𝐹𝑡 − 𝜓Δ𝜃 ln 1 +
𝐹𝑡
𝜓Δ𝜃
= 𝐾𝑡 
Infiltração e água no solo 
• 𝜃𝑒 = 𝛼 − 𝜃𝑟 𝑆𝑒 =
𝜃−𝜃𝑟
𝛼−𝜃𝑟
 
• ∆𝜃= 1 − 𝑆𝑒 𝜃𝑒 
• Se é a saturação relativa 
• Dq é o déficit inicial de umidade 
• a é a porosidade 
• qr é o conteúdo de umidade residual do solo seco 
• K é a condutividade hidráulica (mm/h) 
• 𝑓𝑡 é a taxa de infiltração (mm/h) 
• 𝜓 é o potencial mátrico do solo 
• qe é a porosidade efetiva