Desenvolvimento e teste de modelo de transporte unidimensional de solutos no solo

Abstract

Um modelo realístico determinístico dinâmico foi desenvolvido para simular o transporte unidimensional de água e solutos no solo sob condições de escoamento não permanente e considerando a presença do sistema radicular da cultura. A equação de Richards, que permite obter a distribuição do potencial matricial, e a equação do transporte dispersivo-convectivo, que descreve a mobilidade de solutos no solo, foram resolvidas numericamente pelo método de diferenças finitas. Após o desenvolvimento matemático, implementou-se um programa computacional denominado SIMASS-C (SImulação do Movimento de Água e Soluto no Solo considerando a presença de Cultura). O modelo foi analisado inicialmente por meio da realização de simulações de diferentes problemas, quando verificou-se que os resultados gerados pelo modelo eram compatíveis com a realidade física dos problemas simulados. Posteriormente, o desempenho do modelo foi testado usando dados obtidos em ensaios experimentais conduzidos em colunas de solo, em ambiente protegido, nas quais sementes de milho foram semeadas. Após o plantio, foram realizadas irrigações e aplicações de KNO 3 . Os resultados obtidos demostraram que o modelo SIMASS-C descreveu eficientemente o transporte de água e soluto no solo, sob condições não saturadas, uma vez que os perfis de umidade do solo e de concentração do ion nitrato simulados pelo SIMASS-C ficaram dentro da faixa de variação da umidade e concentração de nitrato determinadas experimentalmente. Simulações adicionais, usando-se resultados de pesquisa obtidos por CORRÊA (1996) com o inseticida aldicarbe, permitiram verificar que o modelo SIMASS-C apresentou um bom desempenho quando comparado ao modelo CXTFIT. As curvas de eluição geradas pelos dois modelos apresentaram-se bem próximas em todos os cenários analisados. Foi possível, também, testar a sensibilidade do modelo SIMASS-C ao coeficiente de partição do produto no solo (K d ) demonstrando ser este coeficiente um importante parâmetro em estudos de transporte de solutos no solo, principalmente em condições de umidade acima da capacidade de campo do solo.

Committee Members:: Hugo Alberto Ruiz and Luiz Cláudio Costa. A mathematical model was developed to simulate the of water and solute transport in the soil under transient conditions and considering the root intake. The Richards’ equation and the dispersive-convective transport equation were solved numerically using the finite difference method. After the mathematical development, a software denominated SIMASS-C was implemented (SImulation of the Movement of wAter and Solute in the Soil considering the presence of Culture). Initially, the model was analyzed by perfoming the simulations for different problems, which allow to verify that the results generated by the model were compatible with the physical reality of the simulate problems. Later on, the model was tested by using data obtainned from assays in soil columns under protected environment, where the maize seeds were sowed. After planting, the irrigations were applied as well as the KNO 3 . The results obtained show that the model SIMASS-C described efficiently the transport of water and solute in the soil, under unsaturated conditions, since that the profiles of water content of the soil and concentration of the ion nitrate simulated by the model were with the interval of the data observed experimentally. Additional simulations, based on research results obtained in the literature with the insecticide aldicarb, allowed to verify that the model SIMASS- C had a good performance when compared to the model CXTFIT. The Breakthrough curves generated by the two models came very close in all the analyzed problems. It was possible, also, to verify the sensibility of the model SIMASS-C to the coefficient of partition (Kd) of the product in the soil. This coefficient was shown to be an important parameter in studies on soil solute transport, mainly under a moisture level above the soil field capacity.