RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 1 Miguel Angel Alfaro Soto Doutor em Geotecnia pela Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo (USP). Pesquisador no Departamento de Geologia Aplicada e Centro de Estudos Ambientais, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) – Rio Claro (SP), Brasil. Chang Hung Kiang Doutor em Geologia pela Universidade Northwestern. Professor no Departamento de Geologia Aplicada e Centro de Estudos Ambientais, UniversidadeEstadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) – Rio Claro (SP), Brasil. Endereço para correspondência: Miguel Angel Alfaro Soto – Avenida 24a, 1.515 – Bela Vista – CEP 13506-900 – Rio Claro (SP), Brasil – E-mail: alfaro@rc.unesp.br Recebido: 28/06/2016 Aceito: 07/12/2017 RESUMO Uma avaliação das condutividades hidráulicas em solos com tipos distintos de uso e ocupação — cultivo agrícola e cerrado nativo — foi realizada com a finalidade de verificar a interferência das intensas atividades agrícolas no processo de infiltração da água no solo e, consequentemente, recarga de aquíferos. Para determinação da condutividade hidráulica saturada em campo foram empregados permeâmetro Guelph e infiltrômetro de anel duplo. Os ensaios foram realizados em extensa área que abrange cinco estados na região central do Brasil, onde a atividade agrícola tem sido intensa. Avaliados mediante estatística paramétrica, os valores de condutividade hidráulica em áreas de cultivo mostraram-se estatisticamente diferentes e 4,5 vezes menores em relação aos obtidos em áreas de cerrado. Esses resultados indicam que as modificações da estrutura do solo, decorrentes das práticas de manejo para cultivo, afetam significativamente a condutividade hidráulica das porções superficiais e, portanto, a infiltração de água, responsável pela recarga dos aquíferos na região. Adicionalmente, verificou-se que os testes com infiltrômetros forneceram, em média, valores de condutividade estatisticamente diferentes e 2,2 vezes maiores do que os obtidos com permeâmetro Guelph. Palavras-chave: áreas de cultivo; cerrado; permeâmetro Guelph; infiltrômetros de anel duplo. ABSTRACT Evaluation of the hydraulic conductivity in soil of different use — agricultural cultivation and undisturbed native Savannah — was performed, in order to verify the influence of intense agricultural activities on water infiltration in soils and, consequently, aquifer recharges. For this purpose, the experimental design involved the determination of saturated hydraulic conductivity using the Guelph permeameter and double-ring infiltrometer. Tests were performed on large area covering five states in Central Brazil, where the agriculture has been intense. Evaluated by parametric statistics, the hydraulic conductivity values in farms cultivated areas proved to be statistically different and 4.5 times lower compared to those ones obtained in savannah. These results showed that changes in soil structure resulting from management practices in crop areas significantly affect the hydraulic conductivity of the superficial portions and, therefore, the water infiltration, responsible for the aquifer recharge in that area. Additionally, it was found that the infiltrometer provided statistically different values of hydraulic conductivity and 2.2 times higher than those ones obtained with Guelph permeameter. Keywords: crop areas; savannah; Guelph permeameter; double-ring infiltrometers. DOI: 10.5327/Z2176-947820180169 AVALIAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA EM DOIS USOS DO SOLO NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL EVALUATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY IN TWO LAND USES SOIL IN CENTRAL BRAZIL Soto, M.A.A.; Kiang, C.H. RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 2 INTRODUÇÃO O conhecimento da variabilidade das variáveis físico-hí- dricas do solo, no espaço e no tempo, é considerado, atualmente, o princípio básico para o manejo preciso das áreas agrícolas (JOSÉ et al., 2012). Dentro dessas variáveis a condutividade hidráulica constitui o parâmetro mais importante que governa o movimento de água nos solos, e seu conhecimento é de grande importância em questões relacionadas à geotecnia, agronomia, hidrologia, contaminação e meio ambiente, entre outras áreas. A medição da condutividade hidráulica pode ser reali- zada por meio de ensaios de laboratório e de campo. Neste, segundo Daniel (1989), podem ser realizados ensaios com permeâmetros de ponta porosa e de furos de sondagem, com drenos subterrâneos e de infiltra- ção. No entanto, a dispersão dos resultados — prove- nientes dos diferentes métodos —, bem como a pra- ticidade para execução dos testes, têm de ser levadas em consideração na escolha do equipamento. Entre as técnicas disponíveis, os permeâmetros de fu- ros de sondagem e ensaios de infiltração são os mais utilizados e difundidos (DANIEL, 1989). Kanwar et al. (1989) compararam os resultados pro- venientes dos permeâmetros Guelph e de velocidade provenientes de um solo de till em Iowa, Estados Uni- dos. No entanto, os diferentes métodos utilizados mos- traram distintas tendências, conforme os tipos de solo e condições de campo. Gupta et al. (1993) avaliaram o desempenho de infil- trômetro de anel duplo, simulador de chuvas, permeâ- metro Guelph e este acoplado a um infiltrômetro, em Ottawa, Canadá. Os resultados provenientes do infil- trômetro de anel duplo e simulador de chuvas mostra- ram maiores valores médios de condutividade hidráuli- ca e menores coeficientes de variação. Verbist et al. (2013) compararam seis métodos (infiltrô- metros simples e de duplo anel, infiltrômetro de carga constante, de trado inverso, infiltrômetro de tensão e simulador de chuvas) utilizados no semiárido no Chile. Alguns dos resultados mostraram diferenças com rela- ção à condutividade hidráulica saturada (Kfs), principal- mente em função das diferentes técnicas de cálculo. Esses estudos, entre outros encontrados na literatu- ra (e.g., WANG et al., 2012; GHANI et al., 2013), fo- ram realizados em solos com características próprias e diversas das localizadas no Brasil. Os solos brasileiros são, em grande parte, mais intemperizados, com sis- temas heterogêneos de poros e distribuições de ta- manho de poros multimodais, tal como mostrado por Alfaro Soto et al. (2015). A heterogeneidade de um sistema de poros pode ter origem na distribuição gra- nulométrica específica ou na formação de porosidade secundária e, neste caso, está relacionada a processos de agregação física. Solos com essas características podem apresentar pe- culiaridades, como valores de condutividade hidráulica mais altos (NOGAMI; VILLIBOUR, 1995) do que os en- contrados em solos não intemperizados, em razão da elevada macroporosidade. Tal característica pode ser importante na hora de escolher o método de medição da condutividade hidráulica, visto que, segundo Lee (1983), a sua determinação possui um dos mais eleva- dos coeficientes de variação (c.a. 200%) em relação aos demais testes geotécnicos. Além da variabilidade dos resultados decorrentes dos métodos de medição, é importante levar em conside- ração a provocada pela modificação antrópica do solo. Em estudo baseado no efeito decorrente de diferentes métodos de cultivo em um latossolo amarelo argilo- so, Correia (1985) revelou que os sistemas de preparo do local estudado alteraram a densidade do solo em diferentes intensidades, porém com valores signifi- cativamente superiores em relação à floresta nativa. Resultados semelhantes foram verificados por Pires et al. (2012). Entre os métodos expostos, o uso do permeâmetro Guelph tem se difundido em razão da praticidade (por- tabilidade e rapidez), substituindo testes comumente utilizados, tais como os de infiltração. No entanto, ape- sar de existirem pesquisas sobre resultados de com- paração entre esses e outros experimentos, não são conhecidos resultados em solos com distribuição de tamanhos de poros multimodal — característica intrín- seca de solos lateríticos — nem a relação entre solos inalterados e os modificados estruturalmente em razão das atividades decorrentes do cultivo. Avaliação da condutividade hidráulica em dois usos do solo na região central do Brasil RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 3 Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar a influência de uso do solo, do ponto de vista hidráulico, quando utilizado no cultivo agrícola, com grande modi- ficação antrópica do solo, sendo comparado com solos de cerrado com textura similar, porém sem modificação antrópica, ou seja, em estado de preservação natural. Para determinação da condutividade hidráulica foram utilizados dois métodos: permeâmetro Guelph e infil- trômetro de anel duplo. Esses testes foram conduzidos em diferentes estados, como Bahia, Tocantins, Minas Gerais, Piauí e Goiás, sobre rochas do Grupo Urucuia, arcabouço geológico do Sistema Aquífero Urucuia. MATERIAIS E MÉTODOS Ao todo foram realizados 80 testes para obtenção da con- dutividade hidráulica saturada, sendo que 38 — 19 com permeâmetro Guelph e 19 com infiltrômetros — em áreas agrícolas e 42 — 21 com permeâmetro Guelph e 21 com infiltrômetros — em áreas de cerrado (não cultiva- das). Cabe ressaltar que a identificação textural foi realiza- da por análise táctil visual. A Figura 1 mostra a localização dos testes realizados. Figura 1 – Localização dos testes em cerrados e áreas agrícolas com permeâmetro Guelph e infiltrômetros. Sub-bacia Urucaia Sub-bacia Abaeté Limite estadual Guelph 0 30 60 120 km Datum SAD-69 Hidrografia Infiltrômetro C: cerrados; A: áreas agrícolas; G: permeâmetro Guelph; I: infiltrômetros. Soto, M.A.A.; Kiang, C.H. RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 4 Permeâmetro Guelph O permeâmetro Guelph funciona em regime de carga constante, sob o princípio do tubo de Mariotte. Os re- sultados obtidos por esse método são interpretados segundo o modelo teórico de Reynolds e Elrick (1985), baseado na equação de Richards para fluxo permanen- te em furo cilíndrico. A equação para fluxo permanente é composta por duas parcelas, a primeira representa o fluxo saturado e a se- gunda o fluxo não saturado, dados pela Equação 1: Q H C a K H C 2 2 fs Gm 2 2π π π φ= + + (1) Em que: Q [L3T-1] = vazão em regime permanente; K fs [LT-1] = condutividade hidráulica saturada de campo; ϕ Gm [L2T-1] = potencial matricial de fluxo; H [L] = altura de carga hidráulica; a [L] = raio do furo no solo; C [-] = parâmetro fator de forma, que depende da relação H/a e do tipo de solo. Graficamente, a Soilmoisture Equipment Corp. (1986) fornece o fator C para três classes de solos (macropo- rosidade e textura). A determinação dos parâmetros Kfs e fGm da Equação 1 pode ser obtida, em geral, pelas técnicas (procedimen- tos de ensaio e cálculos) de uma e duas alturas de car- ga (REYNOLDS; ELRICK, 1985). A primeira refere-se à aplicação de uma altura de carga hidráulica H constante até alcançar o regime perma- nente. Os parâmetros Kfs e fGm são determinados a par- tir das Equações 2 e 3: K CQ H a C H2 2 /fs 2 2π π π α = + + (2) CQ H a C H[(2 ) 2 ]Gm 2 2 φ π π α π = + + (3) O parâmetro a (Equações 2 e 3) representa o grau de macroporosidade (fissuras no solo, formigueiros, cupinzeiros, furos causados por raízes, entre outros) e textura do solo. Para esse método, o parâmetro a é estimado a priori mediante avaliação visual. Os valores sugeridos estão resumidos no Quadro 1. A técnica de duas alturas de cargas (ou mais de duas) consiste em aplicar duas ou mais cargas hidráulicas H i sucessivas. Depois de atingido o regime permanente e determinadas as vazões Q i e os parâmetros C i corres- pondentes a cada carga hidráulica, os parâmetros K fs e f Gm são calculados a partir da solução de equações simultâneas (REYNOLDS; ELRICK, 1986), cuja solução é dada pelas Equações 4 e 5: ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑π = + − + + − + = = = = = = = K H C Q C a H H C Q H C a H H C a H H C a H . 2 2 2 2 2 fs i i n i i i n i i i i i i i n i i n i i i i i n i i i i n i i n i i i 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 (4) ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ϕ π = + + − + + − + = = = = = = = C Q C a H H C a H H C Q C a H H C a H H C a H . 2 . 2 2 2 2 2 Gm i i i n i i i i i n i i i i i i i n i i i i n i i n i i i i i n i i i i n 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 (5) α (cm-1) Tipo de solo 0,01 Argilas compactas (aterros, liners, sedimentos lacustres e marinhos). 0,04 Solos de textura fina, principalmente sem macroporos e fissuras. 0,12 Argilas até areias finas com alta a moderada quantidade de macroporos e fissuras. 0,36 Areia grossa, incluindo solos com macroporos e fissuras. Quadro 1 – Valores a sugeridos por Reynolds e Elrick (1986). Avaliação da condutividade hidráulica em dois usos do solo na região central do Brasil RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 5 Nesse caso, o parâmetro a é determinado por meio do ensaio, mediante a relação (Equação 6): α = K fs / ϕ Gm (6) Infiltrômetros de anel duplo O método do infiltrômetro de anel duplo é um dos mais tradicionais, sendo empregado em diferentes áreas de conhecimento, devido, provavelmente, aos procedi- mentos simples de ensaios, à fácil interpretação dos re- sultados e à maior representatividade (volume de solo ensaiado) em relação a testes em furo de sondagem. Durante o processo de infiltração, a condutividade hidráu- lica saturada pode ser obtida tanto na carga constante como na carga variável. A Figura 2 mostra os parâmetros de medição para obtenção da condutividade hidráulica saturada, que pode ser calculada de duas maneiras: Para carga constante (Equação 7): K fs = Q/(At.(H + Z W )/Z W ) (7) E para carga variável (Equação 8): K fs = (Z W .ln(H 2 /H 1 )/t) (8) Em que: K fs [LT-1] = condutividade hidráulica saturada de campo; Zw [L] = profundidade da frente de saturação; A [L2] = área transversal do anel; t [T] = tempo entre duas leituras; Q [L3] = volume de água infiltrada dentro do solo; H [L] = profundidade da água do anel quando é en- saiado a regime constante; H 1 e H 2 [L] = profundidades inicial da água no anel e no tempo zero e “t”, respectivamente. Os experimentos feitos utilizando o método do permeâ- metro Guelph foram conduzidos pela técnica de uma altura de carga segundo procedimentos de testes e cál- culos sugeridos por Reynolds e Elrick (1986), enquanto para o método do infiltrômetro foram usados os proce- dimentos contidos na norma ASTM D3385 (2008). Tendo em vista a análise comparativa dos resultados entre os dois métodos, e considerando que o do infil- trômetro permite apenas ensaios em superfície, aque- les com o permeâmetro Guelph foram também realiza- dos superficialmente (profundidade média de 30 cm), porém evitando solos com elevada macroporosidade (e.g., presença de furos de raízes e de insetos), de for- ma a não fornecerem resultados incoerentes ou não representativos do local devido ao pequeno volume de água que este método proporciona. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 reúne os resultados dos testes nas áreas de cultivo agrícola e cerrado, obtidos a partir de análises com o permeâmetro Guelph. Nessa tabela, são apresen- tados a condutividade hidráulica saturada (Kfs), o poten- cial matricial de fluxo (f Gm ) e o parâmetro a,bem como a média geométrica de cada um desses parâmetros. A Tabela 2 agrupa os resultados dos testes nessas mes- mas áreas, alcançados por meio de testes com infiltrô- metro de anel duplo. Nessa tabela são apresentadas a condutividade hidráulica saturada (Kfs) e sua mé- dia geométrica. Figura 2 – Parâmetros para determinar a condutividade hidráulica saturada em infiltrômetros de anel duplo. Z H S H Z W H + Z W Soto, M.A.A.; Kiang, C.H. RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 6 Ensaio Coordenadas K fs ϕ m α # S W cm/s cm2/s cm-1 C1 13º 38’ 11,1” 45º 24’ 23,3” 1,0E-02 4,1E-02 0,250 C2 13º 43’01,4” 45º 54’ 40,5” 1,6E-02 6,5E-02 0,250 C3 13º 15’ 02,9” 45º 31’ 36,4” 4,7E-03 1,9E-02 0,250 C4 12º 28’ 10,7” 45º 09’ 33,9” 7,1E-03 2,8E-02 0,250 C5 12º 10’ 57,8” 45º 0,1’ 29,5” 2,2E-04 8,7E-04 0,250 C6 12º 32’ 01,1” 44º 28’ 32,9” 4,8E-03 1,9E-02 0,250 C7 12° 52’ 04,4” 44º 29’ 47,4” 6,2E-03 2,5E-02 0,250 C8 11º 34’ 16,3” 45º 37’ 43,0” 6,2E-03 2,5E-02 0,250 C9 11º 59’ 01,6” 45º 57’ 49,3” 1,4E-02 5,5E-02 0,250 C10 9º 54’ 25,0” 45º 20’ 22,1” 7,2E-03 2,9E-02 0,250 C11 10º 49’ 08,2” 45º 18’ 44,2” 3,9E-03 1,6E-02 0,250 C12 11º 26’ 11,6” 46º 51’ 12,3” 2,1E-02 8,4E-02 0,250 C13 10º 10’ 49,1” 46º 39’ 59,9” 6,1E-03 2,4E-02 0,250 C14 10º 47’ 06,5” 46º 12’ 07,4” 2,1E-02 8,4E-02 0,250 C15 14º 34’ 36,8” 45º 54’ 05,5” 1,5E-02 6,0E-02 0,250 C16 15º 14’ 45,5” 45º 30’ 42,2” 4,0E-03 1,6E-02 0,250 C17 15º 29’ 26,9” 45º 10’ 23,1” 4,8E-03 1,9E-02 0,250 C18 15º 32’ 59,7” 44º 35’ 40,3” 8,7E-03 3,5E-02 0,250 C19 15º 55’ 49,0” 44º 17’ 32,8” 1,8E-03 9,5E-03 0,190 C20 16º 32’ 25,0” 44º 21’ 45,8” 2,7E-02 8,9E-02 0,300 C21 18º 10’ 35,1” 45º 47’ 12,6” 2,1E-02 8,4E-02 0,250 Média 7,0E-03 2,8E-02 0,250 A1 13º 37’ 41,9” 45º 24’ 32,5” 1,9E-03 9,4E-03 0,200 A2 13º 43’ 03,9” 45º 55’ 53,2” 1,8E-03 1,5E-02 0,120 A3 13º 14’ 46,5” 45º 31’ 00,9” 1,4E-03 1,1E-02 0,120 A4 13º 21’ 31,0” 46º 02’ 55,1” 1,8E-03 1,7E-02 0,100 A5 12º 48’ 56,9” 46º 06’ 22,2” 2,1E-03 1,8E-02 0,120 A6 12º 39’ 33,6” 45º 35’ 13,2” 1,5E-03 9,0E-03 0,170 A7 12º 31’ 04,3” 44º 26’ 19,1” 9,9E-05 2,4E-02 0,004 A8 12º 42’ 32,6” 44º 33’ 57,4” 1,3E-03 1,1E-02 0,120 A9 12º 04’ 50,9” 45º 29’ 07,5” 1,4E-03 1,2E-02 0,120 A10 11º 31’ 49,7” 45º 37’ 34,9” 1,7E-03 5,1E-03 0,320 A11 11º 57’ 53,5” 45º 58’ 24,8” 1,1E-03 2,7E-02 0,040 A12 12º 06’ 50,2” 46º 01’ 23,1” 1,1E-03 4,1E-02 0,030 A13 10º 33’ 42,9” 45º 39’ 19,7” 9,5E-04 7,9E-03 0,120 A14 11º 26’ 08,6” 46º 51’ 19,0” 1,7E-03 1,4E-02 0,120 A15 10º 52’ 40,4” 46º 14’ 29,1” 1,8E-03 1,5E-02 0,120 A16 14º 34’ 05,4” 45º 53’ 36,2” 2,5E-03 2,1E-02 0,120 A17 15º 13’ 46,7” 45º 30’ 48,8” 6,3E-03 1,2E-02 0,520 A18 17º 27’ 55,8” 45º 11’ 36,5” 3,0E-03 2,5E-02 0,120 A19 17º 45’ 57,0” 45º 25’ 03,7” 4,9E-03 4,1E-02 0,120 Média 1,6E-03 1,5E-02 0,100 Tabela 1 – Resultados de ensaios com o permeâmetro Guelph realizados em áreas de cultivo agrícola e cerrado. C: cerrado; A: agrícola. Avaliação da condutividade hidráulica em dois usos do solo na região central do Brasil RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 7 Ensaio Coordenadas K fs # S W (cm/s) C1 13º 38’ 11,1” 45º 24’ 23,3” 2,7E-02 C2 13º 43’ 01,4” 45º 54’ 40,5” 5,6E-02 C3 13º 15’ 02,9” 45º 31’ 36,4” 1,3E-02 C4 12º 28’ 10,7” 45º 09’ 33,9” 1,2E-02 C5 12º 10’ 57,8” 45º 01’ 29,5” 2,1E-03 C6 12º 32’ 01,1” 44º 28’ 32,9” 2,0E-02 C7 12° 52’ 04,4” 44º 29’ 47,4” 1,4E-02 C8 11º 34’ 16,3” 45º 37’ 43,0” 3,9E-02 C9 11º 59’ 01,6” 45º 57’ 49,3” 2,4E-02 C10 9º 54’ 25,0” 45º 20’ 22,1” 1,3E-02 C11 10º 49’ 08,2” 45º 18’ 44,2” 6,3E-03 C12 11º 26’ 11,6” 46º 51’ 12,3” 1,8E-02 C13 10º 10’ 49,1” 46º 39’ 59,9” 8,2E-03 C14 10º 47’ 06,5” 46º 12’ 07,4” 2,6E-02 C15 14º 34’ 36,8” 45º 54’ 05,5” 3,5E-02 C16 15º 14’ 45,5” 45º 30’ 42,2” 2,8E-02 C17 15º 29’ 26,9” 45º 10’ 23,1” 1,7E-02 C18 15° 32’ 59,7” 44º 35’ 40,3” 8,8E-03 C19 15º 55’ 49,0” 44º 17’ 32,8” 7,1E-03 C20 16º 32’ 25,0” 44º 21’ 45,8” 2,3E-02 C21 18º 10’ 35,1” 45º 47’ 12,6” 1,5E-02 Média 1,6E-02 A1 13º 37” 41,9” 45º 24’ 32,5” 9,5E-04 A2 13º 43’ 03,9” 45º 55’ 53,2” 6,8E-03 A3 13º 14’ 46,5” 45º 31’ 00,9” 3,8E-03 A4 13º 21’ 31,0” 46º 02’ 55,1” 5,0E-03 A5 12º 48’ 56,9” 46º 06’ 22,2” 3,1E-03 A6 12º 39’ 33,6” 45º 35’ 13,2” 9,1E-04 A7 12º 31’ 04,3” 44º 26’ 19,1” 1,6E-03 A8 12º 42’ 32,6” 44º 33’ 57,4” 1,7E-03 A9 12º 04’ 50,9” 45º 29’ 07,5” 2,8E-03 A10 11º 31’ 49,7” 45º 37’ 34,9” 2,2E-03 A11 11º 57’ 53,5” 45º 58’ 24,8” 3,1E-03 A12 12º 06’ 50,2” 46º 01’ 23,1” 3,7E-03 A13 10º 33’ 42,9” 45º 39’ 19,7” 2,4E-03 A14 11º 26’ 08,6” 46º 51’ 19,0” 6,8E-03 A15 10º 52’ 40,4” 46º 14’ 29,1” 3,3E-04 A16 14º 34’ 05,4” 45º 53’ 36,2” 8,1E-03 A17 15º 13’ 46,7” 45º 30’ 48,8” 2,2E-02 A18 17º 27’ 55,8” 45º 11’ 36,5” 3,3E-02 A19 17º 45’ 57,0” 45º 25’ 03,7” 8,6E-03 Média - 3,4E-03 Tabela 2 – Resultados de ensaios com infiltrômetros realizados em áreas de cultivo agrícola e cerrado. C: cerrado; A: agrícola. Soto, M.A.A.; Kiang, C.H. RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 8 Dados Comparações Valores P Testes Entre métodos Entre tipos de uso do solo Kfs médio Kfs médio Guelph Infiltrômetro Agrícola Cerrado F* T** Todos 3,5E-03 7,6E-03 - - 0,947 0,004 Agrícola 1,6E-03 3,4E-03 - - 0,146 0,020 Cerrado 7,0E-03 1,6E-02 - - 0,395 0,006 Guelph - - 1,6E-03 7,0E-03 0,297 0,000 Infiltrômetro - - 3,4E-03 1,6E-02 0,184 0,000 Tabela 3 – Resultados dos testes de hipóteses para comparação de valores médios de K fs provenientes de diferentes métodos (Guelph e infiltrômetros) e tipos de uso do solo (cultivo agrícola e cerrado). t: t 1 , se α(F)≥0;05; caso contrário, t 2 ; *Ho aceita para α=5%; **H1 aceita para α=5%. Esses resultados evidenciam diferenças tanto na com- paração de valores médios entre métodos de ensaios (permeâmetro Guelph e infiltrômetros) como entre ti- pos de solo segundo seu uso e ocupação (solos de cul- tivo agrícola e cerrado). Para uma comparação quan- titativa utilizando esses conjuntos de dados, foram realizados testes estatísticos de hipótese nula (Ho). A hipótese Ho considera que as médias das duas po- pulações são iguais, enquanto a hipótese alternativa H1 considera-as diferentes. As populações analisadas nessas comparações foram: • Os resultados dos dois métodos de campo (permeâ- metro Guelph e infiltrômetros); • Os resultados quanto aos tipos de uso do solo (cul- tivo agrícola e cerrado). As análises estatísticas para verificação da Ho foram os testes t (t 1 ou t 2 , dependendo da igualdade ou dife- rença dos desvios padrões segundo teste F) e o teste F, necessário para verificar a igualdade dos desvios padrões da variância. Esses testes são os mais reco- mendados devido ao número reduzido de amostras e porque apenas os desvios padrões amostrais são co- nhecidos. A estatística paramétrica foi possível pelo emprego do logaritmo natural dos dados amostrais de cada população, uma vez que esses elementos apresentam distribuição log-normal (típica de popu- lações compostas por dados de condutividade hidráu- lica saturada). A Tabela 3 resume os resultados desses testes de hipóteses, os quais são interpretados a partir de P, que representa a probabilidade de errar ou aceitar o resultado observado como válido. Assim, ao tes- tar uma hipótese nula para um determinado nível de significância estipulado para o estudo (a=5%), a hipótese será aceita se a estiver contido nesse inter- valo de probabilidade (ou seja, P>a ), caso contrário, Ho será rejeitada. Os valores P obtidos pelo teste t Student são menores do que o nível de significância de 5% em todos os ca- sos. A hipótese nula que afirma igualdade de médias (entre métodos ou tipos de uso de solo) é, portanto, re- jeitada, passando a validar a hipótese alternativa (H1). Consequentemente, os métodos Guelph e infiltrôme- tro produzem resultados de condutividade hidráulica estatisticamente diferentes. Essa afirmação é válida para todos os dados (P=0,04), apenas para os dos en- saios em cultivo agrícola (P=0,02) e para aqueles pro- venientes de cerrado (P=0,06). Um confronto entre os dados experimentais obti- dos por ambos os métodos pode ser observado na Figura 3, na qual os resultados obtidos pelo per- meâmetro Guelph são menores do que os do infil- trômetro. A partir desses resultados verifica-se que a relação entre condutividades hidráulicas médias K fs (Infiltrômetro)/K fs (Guelph) é igual a 2,2. Avaliação da condutividade hidráulica em dois usos do solo na região central do Brasil RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 9 Este valor deve estar relacionado ao menor volu- me de amostra ocupada durante a infiltração, uma vez considerados os efeitos capilares em sua for- mulação e pelo fato de serem evitadas zonas de macroporos se comparado com o infiltrômetro. Trabalhos como os de Mohanty et al. (1994) e Gin- tanau (2011) têm mostrado que, entre os métodos de campo, os infiltrômetros apresentam sempre os valores mais altos de condutividade hidráulica, em razão do maior volume de solo ocupado durante o ensaio. De forma análoga, a Tabela 3 mostra que a compara- ção dos resultados de condutividade hidráulica obtidos para cada solo (cerrado e cultivo agrícola), pelo méto- do do permeâmetro Guelph (valor P=0 para o teste t) ou de infiltrômetros (valor P=0 para o teste t), produz resultados estatisticamente diferentes. A Figura 4 apresenta os valores de K fs, estatisticamente, e os valores médios e dispersão dos resultados prove- nientes de ambos os métodos, em forma de box-plot, para solos de cerrado e cultivo agrícola. Esses resulta- dos exibem relações entre condutividades hidráulicas médias K fs (cerrado)/K fs (agrícola) iguais a 4,4 e 4,6, fru- to dos testes com permeâmetro Guelph e infiltrôme- tros, respectivamente. Como pode ser observado na Figura 4, é evidente a superioridade dos valores de Kfs obtidos para as áreas de cerrado em relação às de cultivo agrícola, o que é coerente com o fato de serem áreas de preservação — e, portanto, inalteradas pela ação antrópica — e por apresentarem maior macroporosidade em razão da interferência biológica (raízes e atividade de insetos — formigas, cupins etc.). Ao contrário do cerrado, os solos das áreas de cultivo agrícola apresentam intensa alte- ração antrópica, com Kfs menores — sejam medidas pelo método Guelph ou por infiltrômetros — em razão da maior densidade ocasionada pelas práticas de ma- nejo e cultivo. Os resultados da Figura 4 são similares aos encontra- dos por Silva et al. (2014), utilizando infiltrômetros de anel duplo em solos de textura média na cidade de Rio Verde, Goiás, onde foi observada a redução de K fs de solos em área de cultivo em torno de quatro vezes em relação a solos de cerrados. Testes semelhantes foram realizados por Viana e Donagemma (2016), porém utilizando o permeâ- metro Guelph em solos arenosos na Chapada Gaú- cha, Minas Gerais, e em Campo Verde, Mato Gros- so. Nesse estudo se observou redução de K fs de solos em área de cultivo entre quatro a oito vezes em relação a solos de cerrados. No entanto, tes- tes em solos de textura argilosa, como os realiza- dos por Batista e Sousa (2015) na cidade de Iporá, Goiás, mostraram diferenças de resultados do pon- to de vista estatístico. Figura 3 – Confronto de resultados de K fs entre métodos de medição. 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E+001,0E-011,0E-021,0E-031,0E-041,0E-05 Dados experimentais Linha 1:1 Kfs (cm/s) – Método Guelph Kf s (c m /s ) – M ét od o do in fil tr ôm et ro Figura 4 – Confronto de resultados de K fs (box-plot) provenientes de solos com diferentes tipos de uso (cerrado e cultivo agrícola). 0,06 Co nd uti vi da de h id rá ul ic a (c m /s ) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 C-Guelph A-Guelph C-Infiltrom. A-Infiltrom. Soto, M.A.A.; Kiang, C.H. RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 10 REFERÊNCIAS ALFARO SOTO, M. A.; BASSO, J. B.; CHANG, H. K.; VAN GENUCHTEN, M. T. Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio Claro. 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CONCLUSÕES A avaliação da influência do uso do solo em extensa área do território brasileiro, do ponto de vista hidráulico, utili- zando os métodos do permeâmetro Guelph e do infiltrô- metro de anel duplo, apresentou resultados que devem ser considerados na análise da recarga do aquífero. Observou-se que a condutividade hidráulica em solos inalterados (cerrado) apresentou valores em média 4,5 vezes maiores do que em solos com intensa ativi- dade antrópica (cultivo agrícola). A análise estatística comparativa determinou que as condutividades hi- dráulicas médias desses solos (independentemente do método de medição utilizado) são estatisticamente di- ferentes para o nível de significância de 5%. Do ponto de vista geotécnico, esses solos com distinto uso apre- sentam semelhante característica textural, porém dife- rem em densidade e macroporosidade decorrentes das práticas de manejo para cultivo. Esses resultados suge- rem a intensa utilização agrícola de solos, que interfere de maneira significativa no processo de infiltração de águas, prejudicando a recarga de aquíferos. Tal consta- tação é preocupante, haja vista tratar-se de importante fronteira agrícola em expansão no país, implantada em área de exposição do Aquífero Urucuia, e que utiliza águas deste sistema em grande escala. De forma similar, a análise estatística comparativa entre os resultados de condutividade hidráulica obtidos pelos métodos Guelph e de infiltrômetro mostrou que, para os tipos de solos analisados (cerrado inalterado e cul- tivado), os resultados são estatisticamente diferentes para o nível de significância de 5%. As condutividades hidráulicas resultantes dos ensaios com infiltrômetro de anel duplo são, em média, 2,2 vezes maiores do que as obtidas com o permeâmetro Guelph, reforçando a hi- pótese de que os ensaios de anel duplo sofrem maior influência da macroporosidade do solo por ensaiar uma área superficial maior do que o método Guelph. Avaliação da condutividade hidráulica em dois usos do solo na região central do Brasil RBCIAMB | n.47 | mar 2018 | 1-11 11 KANWAR, R. S.; RIZVI, H. A.; AHMED, M.; HORTON JR., R.; MARLEY. S. J. Measurement of field-saturated hydraulic conductivity by using Guelph and velocity permeameters. Transactions of the ASAE, v. 32, p. 1885-1890, 1990. LEE, I. K.; WHITE, W.; INGLES, O. G. Geotechnical Engineering. Estados Unidos: Pitman Publishing, 1983. 508 p. Cap 2. MOHANTY, B. P.; KANWAR, R. S.; EVERTS, C. J. Comparison of saturated hydraulic conductivity measurement methods for a glacial-till soil. Soil Science Society of America Journal, v. 58, p. 672-677, 1994. 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