Infiltração e Água no Solo

Infiltração é a entrada de água no solo, e a dinâmica da água no solo na zona não saturada divide a precipitação entre escoamento superficial, armazenamento, evapotranspiração e recarga de águas subterrâneas.

Definition

Infiltração é o movimento da água da superfície para o solo, e água no solo é a água retida na zona não saturada; suas dinâmicas, governadas por forças capilares e gravitacionais, determinam como a precipitação é dividida na e abaixo da superfície do terreno.

Scope

Este tópico abrange o processo e a taxa de infiltração, a física do movimento da água na zona não saturada (vadosa), as relações características da água no solo e o papel da água no solo na ligação da hidrologia superficial e subsuperficial. Ele se concentra na coluna de solo não saturado; o fluxo de água subterrânea saturada é tratado na área de águas subterrâneas.

Core questions

• O que controla a taxa na qual a água se infiltra no solo?
• Como a água se move através da zona não saturada?
• Como a água no solo é retida contra a gravidade e como é caracterizada?
• Como a água no solo conecta o escoamento superficial, a evapotranspiração e a recarga?

Key concepts

• Taxa e capacidade de infiltração
• Zona não saturada (vadosa)
• Potencial matricial e capilaridade
• Curva característica da água no solo
• Equação de Richards
• Capacidade de campo e ponto de murcha

Key theories

Equação de Richards

Richards combinou a lei de Darcy para meios não saturados com a continuidade para obter uma equação diferencial parcial que governa o fluxo de água na zona vadosa, a base física para modelar a infiltração e o movimento da água no solo.

Teoria da infiltração

Modelos analíticos e conceituais de infiltração, como a solução de Philip e a abordagem de Green-Ampt, descrevem como a capacidade de infiltração diminui com o tempo à medida que o solo se umedece, prevendo quando a chuva começa a gerar escoamento superficial.

Mechanisms

A água que entra no solo é retida por forças capilares nos poros e impulsionada para baixo pela gravidade; a taxa de infiltração é inicialmente alta e diminui em direção à condutividade saturada à medida que o solo se umedece e o gradiente matricial enfraquece. A condutividade não saturada e a relação entre o teor de água e o potencial matricial, capturadas pela curva característica da água no solo, governam a rapidez e a distância que a água se move.

Clinical relevance

O comportamento da infiltração e da água no solo controla o início e a quantidade do escoamento superficial e, consequentemente, as inundações, a água disponível para as plantas e o momento da irrigação, a recarga de aquíferos e o transporte de produtos químicos agrícolas em direção às águas subterrâneas.

History

Com base na extensão da lei de Darcy para solos não saturados por Buckingham, Richards, em 1931, formulou a equação governante para o fluxo na zona vadosa. Trabalhos de meados do século XX por Philip e por Green e Ampt produziram teorias práticas de infiltração que conectaram a física do solo à geração de escoamento em bacias hidrográficas.

Key figures

• Lorenzo A. Richards
• John R. Philip
• S. Lawrence Dingman

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

Por que a infiltração diminui durante uma tempestade?

À medida que o solo se umedece, seus poros se enchem e o gradiente capilar que puxa a água enfraquece, de modo que a taxa de infiltração cai de um valor inicial alto em direção à condutividade hidráulica saturada do solo; uma vez que a precipitação excede essa taxa, o escoamento superficial começa.

O que é a zona vadosa?

A zona vadosa, ou não saturada, é o solo e a rocha entre a superfície do terreno e o lençol freático, onde os poros retêm tanto ar quanto água; a água se move através dela sob forças capilares e gravitacionais combinadas antes de atingir a água subterrânea saturada abaixo.