Camila Rosa Bezerra Coelho

Título


Estudo Teórico e Experimental de Fluxo de Água e Transporte de Solutos em Equilíbrio e Não-Equilíbrio em Solos Tropicais

Orientador(es)


Maria Claudia Barbosa
Martinus Theodorus van Genuchten

 

Resumo


Este estudo analisou as propriedades hidráulicas não saturadas e de transporte de solutos em dois solos tropicais do Brasil, bem como de uma areia. As condições de equilíbrio e não-equilíbrio também foram investigadas através de alterações no pH da solução de lixiviação. O estudo tem em foco os processos de fluxo e transporte no que concerne ao arranjo dos poros dos solos, suas microporosidades, bem como no que tange as suas condições físico-químicas e mineralógicas. Uma série de experimentos foi realizada para estimar as propriedades hidráulicas do solo não saturado, como retenção de água e condutividade hidráulica, utilizando os métodos avançados de evaporação, escoamento em etapas, dentre outros. Adicionalmente, experimentos de transporte de soluto em colunas foram realizados em diferentes valores de pH para estudar o possível rearranjo físico das partículas do solo em função do pH. As análises dos dados em termos dos modelos computacionais HYPROP, HYDRUS e STANMOD forneceram uma visão quantitativa muito útil de como a estrutura dos poros e a química de sua solução afetaram as propriedades físicas e químicas dos três solos estudados. O método de evaporação HYPROP mostrou-se eficiente para medições das propriedades hidráulicas dos dois solos tropicais, mas não para a areia. Os solos tropicais apresentaram evidentes propriedades hidráulicas de dupla porosidade. Os experimentos de transporte por comparação puderam ser igualmente bem descritos pelos modelos de transporte de equilíbrio e não-equilíbrio. O pH não afetou o comportamento do transporte em não-equilíbrio dos solos envolvidos, no entanto, o Latossolo foi o solo mais suscetível a um rearranjo físico das partículas sob condições de pH elevado.

 

Abstract


This study analyzed the unsaturated hydraulic and solute transport properties of two tropical soils from Brazil, as well as of a sand. Equilibrium and nonequilibrium conditions were also investigated by changing the pH of the leaching solution. The study focused on flow and transport processes as related to soil pore arrangement, micro-porosity, as well as the corresponding physicochemical and mineralogical soil conditions. A series of experiments were carried out to estimate the unsaturated soil hydraulic properties (such as water retention and hydraulic conductivity) by using advanced evaporation, multistep outflow and other methods. Additionally, column leaching experiments were performed at different pH values to study possible physical rearrangement of soil particles as a function of pH. Analyses of the data in terms of the HYPROP, HYDRUS and STANMOD computational models provided a very useful quantitative view of how pore structure and solution chemistry affected the physical and chemical properties of the three studied soils. The HYPROP evaporation method was found to work well for measurements of the hydraulic properties of the two tropical soils. The tropical soils showed clear dual-porosity hydraulic properties, but not the sand. The transport experiments by comparison could be described equally well with both equilibrium and nonequilibrium transport models. pH was not found to affect the nonequilibrium transport behavior of the soils involved, however, Latosol was the soil most susceptible to a physical rearrangement of the particles under high pH condition.

 

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