Movimento da Água no Solo e Infiltração

A água move-se através do solo por infiltração na superfície e por fluxo saturado e não saturado dentro do perfil, redistribuindo a humidade, recarregando camadas mais profundas e abastecendo as raízes.

Definition

O movimento da água no solo é o fluxo de água através da rede de poros do solo impulsionado por gradientes de potencial hidráulico; a infiltração é a entrada de água através da superfície do solo, a primeira fase desse movimento.

Scope

Este tópico abrange a infiltração de água no solo, o fluxo saturado descrito pela lei de Darcy, o fluxo não saturado descrito pela equação de Richards e a redistribuição da água após a humedecimento. Explica como a água entra e viaja através da rede de poros do solo e como esse fluxo divide a precipitação entre infiltração e escoamento superficial.

Core questions

• O que controla a velocidade de infiltração da água no solo?
• Como a lei de Darcy descreve o fluxo saturado no solo?
• Como a equação de Richards estende a lei de Darcy ao fluxo não saturado?
• Como a água se redistribui dentro do perfil após a chuva ou irrigação?

Key concepts

• Taxa e capacidade de infiltração
• Condutividade hidráulica saturada e não saturada
• Lei de Darcy
• Equação de Richards
• Frente de humedecimento e redistribuição
• Fluxo preferencial

Key theories

Lei de Darcy no solo

Para solo saturado, o fluxo é proporcional ao gradiente hidráulico e à condutividade hidráulica saturada, a mesma lei constitutiva que governa o fluxo de águas subterrâneas.

Equação de Richards para fluxo não saturado

Richards combinou a lei de Darcy com a conservação de massa para solo parcialmente saturado, onde a condutividade hidráulica diminui acentuadamente à medida que o teor de água diminui, produzindo a equação governante para infiltração e redistribuição.

Dinâmica da infiltração

A taxa de infiltração é inicialmente alta e diminui em direção à condutividade saturada à medida que o solo se humedece e o gradiente matricial enfraquece, um comportamento capturado por modelos de infiltração e central para a divisão da precipitação em infiltração e escoamento superficial.

Mechanisms

Quando a água atinge a superfície do solo, é atraída pela gravidade e pelo gradiente matricial acentuado na frente de humedecimento, de modo que a taxa de infiltração começa alta e diminui em direção à condutividade hidráulica saturada à medida que o perfil se humedece. Dentro do solo não saturado, a condutividade depende fortemente do teor de água porque apenas os poros preenchidos conduzem, então o fluxo diminui drasticamente à medida que o solo seca. Fissuras estruturais e macroporos podem criar um fluxo preferencial que contorna a matriz do solo.

Clinical relevance

A infiltração e o fluxo de água no solo determinam quanta precipitação entra no solo versus escoa para causar erosão e inundações, quão profundamente a água de irrigação penetra e quão eficientemente a água atinge as raízes das plantas; geri-los é central para a irrigação, drenagem e conservação do solo.

History

A lei de Darcy de 1856 para o fluxo saturado foi estendida ao solo não saturado por Buckingham e recebeu sua forma moderna de equações diferenciais parciais por Richards em 1931. A teoria da infiltração do século XX e a solução numérica da equação de Richards tornaram possível a previsão quantitativa do fluxo de água no solo.

Key figures

• Lorenzo A. Richards
• Daniel Hillel
• Henry Darcy

Seminal works

• richards1931
• hillel1998

Frequently asked questions

Por que a água escoa em alguns solos em vez de se infiltrar?

Quando a precipitação chega mais rápido do que o solo pode absorvê-la, ou quando a superfície está compactada, encrostada ou já saturada, a capacidade de infiltração é excedida e o excesso de água escoa, o que é um dos principais impulsionadores da erosão e inundações.

Por que a água se move tão lentamente através do solo seco?

No solo não saturado, apenas os poros cheios de água conduzem o fluxo, então, à medida que o solo seca, os caminhos condutores encolhem e a condutividade hidráulica diminui em ordens de magnitude, tornando o movimento através do solo seco muito lento.