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Title in Portuguese: Estimativa dos parâmetros da equação de Van Genuchten com dados de umidade do solo e modelagem inversa com Hydrus-1D
Title: Estimation of the parameters of the Van Genuchten equation with soil moisture data and inverse modeling with Hydrus-1D
Author: Costa, Tancio Gutier Ailan
Advisor(s): Mota, Jaedson Claudio Anunciato
Keywords: Curva característica de água no solo
Perfil instantâneo
Parâmetros hidráulicos do solo
Issue Date: 2019
Citation: COSTA, Tancio Gutier Ailan. Estimativa dos parâmetros da equação de Van Genuchten com dados de umidade do solo e modelagem inversa com Hydrus-1D. 2019. 52 f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: A relação entre o teor de água e a energia com a qual ela está retida no solo pode ser expressa graficamente constituindo a curva característica de água no solo (CCAS). Tradicionalmente sua obtenção se dá em laboratório, com o ajuste dos dados por diversos modelos, sendo o de van Genuchten (1980) um dos mais utilizados. Apesar de rotineira, a obtenção da CCAS em laboratório requer muito tempo e, por isso, tem-se buscado maneiras para a otimização do tempo possível com menor dispêndio de trabalho, desde que se mantenha a boa qualidade dos dados. Com esse propósito insere-se a modelagem, e consequentemente o modelo Hydrus-1D, como como possibilidade da obtenção da referida curva. Neste caso, considerou-se a hipótese de que com a modelagem inversa utilizando-se do Hydrus-1D é possível simular a redistribuição de água no solo coerente ao processo verificado no campo e estimar com melhor acurácia a CCAS com dados de umidade do solo obtidos em campo do que com aqueles obtidos em laboratório. Assim, objetivou-se estimar os parâmetros da equação de van Genuchten em cinco classes texturais de solo com amostras de solo em laboratório e por modelagem inversa com dados de umidade (obtidos por gravimetria) em experimentos de campo tipo perfil instantâneo. Em todos os casos a estimativa dos parâmetros se deu com cinco repetições. Os parâmetros da equação de van Genuchten foram submetidos à análise de variância (teste F a 5% de significância), com a comparação de médias pelo teste de Tukey, também a 5% de significância. A eficiência na predição e acurácia dos resultados simulados foi medida pelo coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe – COE, e pela raiz quadrática do erro médio – RMSE. A modelagem inversa simulou satisfatoriamente a redistribuição de água no solo para todas as classes texturais, dado os baixos valores de erros dos dados e a boa concordância entre os observados em campo e os simulados. Além disso, as curvas características de água no solo obtida em laboratório superestimaram aquelas obtidas pelo modelo inverso, tornando os resultados obtidos pelo Hydrus-1D mais fiel a representação da dinâmica da água em condições de campo. Concluiu-se então, que o uso do Hydrus-1D permite estimar os parâmetros da equação de van Genuchten de modo mais coerente com os dados obtidos in situ que aqueles obtidos em laboratório para todas as classes texturais, estimando com melhor acurácia o conteúdo de água no solo independentemente da classe textural de solo.
Abstract: The relationship between the water content and the energy with which it is retained in the soil can be expressed graphically constituting the soil water characteristic curve (SWCC). Traditionally it is obtained in the laboratory, with the adjustment of the data by several models, being van Genuchten (1980) one of the most used. Although routinely, obtaining the SWCC in the laboratory requires a lot of time and, therefore, we have been looking for ways to optimize the time possible with less labor expenditure, as long as good data quality is maintained. For this purpose, the modeling, and consequently the Hydrus-1D model, is inserted as the possibility of obtaining the said curve. In this case, the hypothesis was considered that with the reverse modeling using Hydrus-1D it is possible to simulate the coherent soil water redistribution to the process verified in the field and to estimate with better accuracy the SWCC with soil moisture data obtained in the field than those obtained in the laboratory. The objective of this study was to estimate the parameters of the van Genuchten equation in five soil texture classes with soil samples in the laboratory and by inverse modeling with moisture data (obtained by gravimetry) in field experiments. In all cases, the estimation of the parameters occurred with five replications. The parameters of the van Genuchten equation were submitted to analysis of variance (F test at 5% significance), with Tukey's test, also at 5% significance. The efficiency in the prediction and accuracy of the simulated results was measured by the Nash and Sutcliffe - COE efficiency coefficient, and by the root mean squared root - RMSE. Reverse modeling simulated satisfactorily the redistribution of water in the soil for all textural classes, given the low error values of the data and the good agreement between those observed in the field and the simulated ones. In addition, the soil water characteristic curves obtained in the laboratory overestimated those obtained by the inverse model, making the results obtained by Hydrus - 1D more faithful to the representation of water dynamics under field conditions. It was concluded that the use of Hydrus-1D allows to estimate the parameters of the van Genuchten equation in a way more coherent with the data obtained in situ than those obtained in the laboratory for all textural classes, estimating with better accuracy the water content in the soil independently of the textural class of soil.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/39877
metadata.dc.type: Dissertação
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