Determination of hydraulic conductivity using the inverse problem of the hydrus-1d software = Determinação da condutividade hidráulica do solo utilizando o problema inverso do software hydrus-1d

Abstract

Knowledge of soil hydraulic conductivity is essential for any study that involves the movement of water in soil. The hydraulic conductivity decreases considerably with decreases in the volumetric water content (θ), or increases in the matric potential modulus (h). The relationship among these variables may be represented by the functions K(θ) and K(h). Field or laboratory methods for determining the values of the parameters that describe these functions are time consuming, costly and involve considerable uncertainty. An alternative method to determine these parameters is to employ the reverse process (inverse method). In the inverse method, the causes are determined based on their effects. This study aimed to determine the Ks parameter (saturated hydraulic conductivity) of functions K(θ) and K(h), defined according to the van Genuchten model, by solving, with the use of the Hydrus-1D software, an inverse problem based on cumulative infiltration data collected in the field. It was found that there is great variability in the value of the Ks estimates. The proposed inverse problem method allows the unsaturated hydraulic conductivity to be determined based on data collected under a wide range of soil moisture values and matric potential moduli. The inverse problem was adequately defined for the estimates of Ks in the 0-0.20 and 0.20-0.60 m layers but did not allow for a reliable Ks estimate of the 0.60-1.00 m layer. = O conhecimento da condutividade hidráulica do solo é essencial para qualquer estudo que envolva o movimento da água no solo. A condutividade hidráulica do solo decresce acentuadamente com a diminuição da umidade volumétrica (θ), ou aumento do módulo do potencial mátrico (h), sendo estas relações representadas pela funções K(θ) e K(h), respectivamente. Determinações dos parâmetros que descrevem estas funções, por métodos de laboratório ou de campo, são demoradas, de custo elevado e envolvem considerável incerteza. Uma alternativa para parametrização dessas funções é empregar o processo matemático inverso (problema inverso). No processo matemático inverso, as causas são determinadas em função dos seus efeitos. Objetivou-se com o presente trabalho determinar o parâmetro Ks das funções de K(θ) e K(h), do modelo de van Genuchten, mediante a resolução de um problema inverso com auxílio do aplicativo Hydrus-1D, a partir de dados de infiltração acumulada coletados em campo. Verificou-se que existe grande variabilidade nos valores de Ks estimados. O problema inverso proposto permite determinar a condutividade hidráulica não saturada com base em dados coletados sob um amplo intervalo de valores de umidade volumétrica e módulo do potencial mátrico. O problema inverso foi adequadamente definido para as estimativas do Ks nas camadas de 0-0,20 e 0,20-0,60 m, mas não permitiu uma estimativa confiável para a camada de 0,60- 1,00 m.

Keywords

• Modeling. Movement water. Unsaturated soil. =
• Modelagem. Movimento água. Solo não saturado.