2.5. Infiltração da Água no Solo

Infiltração é o nome dado ao processo pelo qual a água penetra no solo, através de sua superfície. A velocidade de infiltração (VI) d'água em um solo é um fator muito importante na irrigação, visto que ela determina o tempo em que se deve manter a água na superfície do solo ou a duração da aspersão, de modo que se aplique uma quantidade desejada de água. Ela é expressa em termos de altura de lâmina d'água ou volume d'água por unidade de tempo, em geral, nas unidades mm/h, cm/h, ou l/s.

A infiltração de água no solo é de grande importância para as diversas áreas dos mais variados interesses. A velocidade e a quantidade de água infiltrada no solo são importantes elementos para a planta, pois apenas com esse conhecimento saberemos se existe ou não umidade no solo suficiente para o pleno desenvolvimento da cultura.

O fator mais importante e que tem uma influência direta na taxa de infiltração é a cobertura vegetal que está no solo durante a chuva. Quando nos deparamos com uma chuva de elevada proporção que cai em um solo nu (solo desprovido de vegetação), o impacto das gotas de água faz com que a infiltração diminua nesse solo, porém, essa situação pode ser amenizada ou até mesmo reduzida quando se tem um solo com cobertura vegetal.

Fatores que influenciam na Infiltração:

A infiltração é um processo que depende, em maior ou menor grau, de alguns fatores. Podemos destacar os principais:

- Condição da superfície (com ou sem cobertura vegetal): a infiltração de água num solo com cobertura vegetal certamente será diferente da infiltração de um solo sem cobertura.

- Tipo de solo: se o solo é arenoso ou argiloso. Nesse item, podemos destacar também a densidade do solo. Quanto maior a densidade, menor a infiltração.

- Manejo do solo: se o solo for preparado constantemente com máquinas pesadas, por exemplo, sua estrutura poderá ser alterada, ficando compactado, diminuindo assim a infiltração.

- Estado inicial da umidade do solo: se um determinado solo se encontra com elevado teor de umidade, a infiltração praticamente será nula. Caso o solo se encontre praticamente seco, a infiltração será maior.

- Compactação do solo por animais: solos onde trafegam animais sofrem intensa compactação pelos cascos destes. Isso irá resultar numa redução da infiltração.

Velocidade de Infiltração:

Velocidade de infiltração (VI) é a velocidade com que a água se infiltra no solo. É expressa em termos de altura de lâmina de água por unidade de tempo. Para entendermos melhor a velocidade de infiltração, vamos imaginar uma chuva ou irrigação sobre um determinado solo. A velocidade de infiltração no início é máxima e diminui à medida que o solo é molhado, chegando gradualmente num valor mínimo e constante. Nesse momento de valor constante, a velocidade de infiltração (VI) é chamada de velocidade de infiltração básica (VIB).

O processo de infiltração é dividido em várias partes, em que, inicialmente, a VI é em função da umidade do solo, da cobertura do solo e de outros fatores; no decorrer do processo, ela passa ser em função da textura e estrutura do solo (em solos arenosos ou argilosos, com partículas bem agregadas, em razão de sua maior percentagem de poros grandes, tem-se maiores velocidades de infiltração). Em um mesmo tipo de solo, a VI variará de acordo com a percentagem de umidade (no momento da irrigação), a porosidade e a ocorrência de camada de permeabilidade diferente ao longo do perfil. 

Em um mesmo tipo de solo a VI varia com:

- A percentagem de umidade do solo, na época de irrigação;

- A porosidade de solo;

- A existência de camada menos permeável, ao longo do perfil.

Observa-se que a variação da VI em um mesmo solo, por causa da diferença do teor de umidade, desaparece geralmente 60 minutos depois do início da aplicação.

A velocidade de infiltração nos solos diminui com o aumento do tempo de aplicação d'água. Inicialmente, ele é relativamente alta, e vai diminuindo, gradativamente, até um valor quase constante. Nesse ponto, em que a variação da VI é muito pequena, praticamente constante, ela é chamada de velocidade de infiltração básica - VIB.

Outro termo muito usado é a infiltração acumulada (I), que é a quantidade total d'água infiltrada, durante determinado tempo. Ela é geralmente expressa em mm ou cm, referindo-se a altura da lâmina d'água que infiltrou na superfície do solo, litros por unidade de superfície ou litros por unidade de comprimento de sulco.

Pode-se também calcular a quantidade d'água que infiltrou em um solo em função da curva de infiltração acumulada deste solo.

Há vários métodos e várias maneiras de determinar a VI de um solo. Para que o seu valor seja significativo, o método de determiná-la deve ser condizente com o tipo de irrigação que será usado naquela área. Para isso, podem-se classificar os diversos tipos de irrigação, segundo a infiltração, em dois grupos:

- Quando a infiltração se processa apenas na vertical, o que ocorre na irrigação nas irrigações por aspersões e inundações;

- Quando a infiltração ocorre tanto na direção vertical como horizontal, como é o caso da irrigação em sulco.

Sendo assim, ao fazer-se irrigação em sulco, a VI deve ser determinada pelo método da "Entrada-Saída" d'água no sulco ou pelo método do "Infiltrômetro de Sulco", ou pelo método do balanço d'água no sulco.

No caso de irrigação por aspersão ou por inundação, deve-se determinar a VI pelos métodos das "Bacias", do "Infiltrômetro de Anel" ou do "Infiltrômetro de Aspersor".

Segundo a VIB de um solo, pode-se classificá-lo em:

Tipo de Solo

Solo de VIB muito alta: maior que 3,0 cm/h

Solo de VIB alta: 1,5 a 3,0 cm/h

Solo de VIB média: 0,5 a 1,5 cm/h

Solo de VIB baixa: menor que 0,5 cm/h.

A velocidade de infiltração depende da permeabilidade e do gradiente hidráulico e é determinada pela Lei de Darcy, que rege o escoamento da água nos solos saturados e é representada pela seguinte equação:

V = K x dh

             dx

Onde:

V é a velocidade de infiltração;

K é a condutividade hidráulica (medida através de permeâmetros);

dh é a variação de Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica (altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro);

dx é a variação de comprimento na direção do fluxo.

O valor da VIB de um solo é um fator de grande importância em irrigação, pois é ele que indicará quais os métodos de irrigação possíveis de serem usados naquele solo, bem como determinará a intensidade de precipitação máxima que poderá ser permitida na irrigação por aspersão.

No gráfico acima, podemos observar que a velocidade de infiltração possui uma variação com o tempo, dependendo do tipo de solo. No solo argiloso a velocidade é menor que no solo arenoso, ou seja, a água infiltra mais rápido no arenoso do que no argiloso. Isso pode ser explicado pelo arranjo das partículas de solo, ou seja, no solo argiloso as partículas estão mais juntas, diminuindo o espaço; já nos solos arenosos as partículas estão mais distantes umas das outras.

Capacidade de infiltração:

Podemos definir a capacidade de infiltração como sendo a quantidade máxima de água que um solo em determinadas condições pode absorver. A capacidade de infiltração varia com o decorrer da chuva ou irrigação. Se uma precipitação ou irrigação atinge o solo com a uma intensidade inferior que a capacidade de infiltração, toda a água penetra no solo, porém, após um determinado tempo, irá provocar uma progressiva redução da própria capacidade de infiltração, já que os poros do solo estão sendo preenchidos de água.

À medida que a precipitação ou irrigação continua, a capacidade de infiltração do solo passa a decrescer a ponto de não haver mais a infiltração, mas sim o escoamento superficial.

Para melhor compreensão, imaginemos uma chuva que cai a uma intensidade de 30 mm/h. No exemplo hipotético, imaginemos também que a capacidade de infiltração de água no solo em que cai a referida chuva seja de 80 mm/h. Como a intensidade com que a chuva cai é menor do que a capacidade de infiltração do solo no instante da chuva, toda a água consegue se infiltrar. Agora, se revertêssemos os valores, a intensidade de chuva seria de 80 mm/h e a capacidade de infiltração do solo de 30 mm/h. Nesse caso, observaremos que há excesso de chuva (80 – 30 = 50 mm) em relação à capacidade de infiltração, logo teremos escoamento superficial, ou até mesmo dependendo das condições do solo uma enxurrada.

A capacidade de infiltração instantânea é calculada por:

It = Dh

  Dt

Onde:

It é a capacidade de infiltração instantânea (mm/h) ;

Δh é a variação da lâmina d’água (mm);

Δt é o intervalo de tempo (h).

Método para Determinação da Infiltração nos Solos:

Para que possamos representar a infiltração de água no solo de maneira bem próxima da realidade, dispomos de alguns métodos operacionais de determinação da infiltração.

A medição direta da velocidade de infiltração básica (VIB) no campo pode ser feita através de vários métodos. Iremos destacar três principais: método do infiltrômetro de anel, método de infiltrômetro de suco e método do simulador de chuva ou infiltrômetro de aspersão. Vamos estudar cada um deles.

Para determinação da velocidade de infiltração, deve-se considerar o padrão de infiltração do método de irrigação usado. Veja o sentido predominante da infiltração em relação ao tipo de irrigação realizada:

Inundação e aspersão - vertical

Sulco - vertical e lateral

Microaspersão - vertical

Gotejamento - multidirecional

Existem vários métodos de determinação da VI e I de um solo. Para realizar a escolha do método apropriado, deve-se avaliar se o padrão de infiltração que o método contempla é o mesmo do sistema de irrigação a ser implantado, a precisão do método, a praticidade de operá-lo e os custos envolvidos. 

Sobre a indicação do método apropriado de medição a ser utilizado em função do sistema de irrigação, temos:

Irrigação por aspersão e inundação - Infiltrômetro de anel

Irrigação por sulco - infiltrômetro de sulco

Irrigação localizada - Nenhum (o enfoque é outro)

a) Método de Infiltrômetro de Anel:

É um equipamento composto por dois anéis (50 e 25 cm de diâmetro e 30 cm de altura, que são instalados de forma concêntrica, enterrados 15 cm.

As medidas de infiltração serão feitas no anel interno, pois o externo tem finalidade de bordadura, impedindo que a infiltração se processe no sentido lateral do solo.

Depois de instalados os anéis, coloca-se uma régua graduada na parede do anel interno e acrescenta-se água até uma altura de 5 cm. Iniciando a infiltração, deve-se ir pondo a água, permitindo uma variação máxima de 2 cm na régua, sempre marcando o tempo e o abaixamento do nível.

O teste é finalizado quando o gasto de água em função do tempo se estabiliza. Nesse ponto, diz-se que o solo atingiu a VIB. É um método de baixo custo e prático, porém deve-se ter o cuidado de sincronizar a leitura da lâmina e o intervalo de tempo (fonte de erro).

Os termos importantes utilizados são os seguintes:

- I = Infiltração acumulada (mm ou cm).

- VI = Velocidade de infiltração instantânea (mm/h ou cm/h):

VI = ðI

        ðT

- VIa = Velocidade de infiltração aproximada (mm/h ou cm/h):

VIa = ▲I

          ▲T

Na tabela a seguir encontra-se o exemplo de um teste realizado com o infiltrômetro de anel e nas figuras posteriores apresentam-se os valores de infiltração acumulada (I) e velocidade de infiltração instantânea. Observa-se que, ao longo do teste, a I aumenta com o tempo e a velocidade de infiltração diminui até atingir a estabilidade, valor esse denominado VIB. No caso, a VIB atinge valor em tormo de 10mm/h.

Exemplo de determinação dos valores da tabela acima:

- Infiltração acumulada: Ia = 7+7 = 14 mm         Ia = 14+5 = 19 mm...

                                    ... Ia = 60+5 = 65mm

- Velocidade de infiltração aproximada: VIa = (7-0) x 60  = 84 mm/h

                                                                     5

- VIa = (14-7) x 60 = 84 mm/h ...     VIa= 65-60 x60 = 10mm/h

                5                                               30

b) Método de Infiltrômetro de Sulco:

Consiste represar água em um pequeno comprimento de sulco, em geral 1 metro, e ir acrescentando água, a medida que ela se for infiltrando.

Pode-se permitir uma oscilação máxima do nível d'água de 2 cm, dentro do sulco. A água acrescentada ao sulco é proveniente de um recipiente de volume conhecido. Sendo assim, na hora das leituras, o intervalo entre leituras deverá ser menor (cinco minutos), e após quatro leituras este intervalo poderá ser aumentado.

De modo geral, podem-se usar os seguintes intervalos: 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 e 120 minutos. Deve-se ter em mente que, quanto maior for a VI de um solo, mais frequentes deverão ser as leituras.

Inicialmente, determina-se a infiltração acumulada (I). A velocidade de infiltração média (VIm) é a infiltração acumulada (I) em um tempo (T), dividida pelo próprio tempo, ou seja:

VIm = I 

           T

Vejamos um exemplo da determinação da Infiltração acumulada (I) e da Velocidade de Infiltração (VI) pelo método do infiltrômetro de sulco:

c) Método do simulador de chuva ou infiltrômetro de aspersão:

Os simuladores de chuva ou infiltrômetros de aspersão são equipamentos que aplicam água na forma de chuva, podendo ser controlados a intensidade de precipitação, o tamanho e a velocidade de impacto das gotas na área de teste onde se deseja estudar as características de infiltração. A infiltração ou lâmina infiltrada é obtida pela diferença entre a precipitação e o escoamento.

De acordo com Alves Sobrinho, citado por Ferreira (2011), um infiltrômetro de aspersão deve atender alguns critérios:

a) produzir gotas de diâmetro médio similar àquele da chuva natural;

b) apresentar velocidade de impacto das gotas no solo o mais próximo possível da velocidade terminal das gotas de chuva;

c) produzir precipitação com energia cinética próxima à da chuva natural;

d) possibilitar o controle da intensidade de precipitação;

e) promover distribuição uniforme da precipitação sobre a parcela experimental em estudo;

f) aplicar água de modo contínuo numa parcela experimental com área adequada ao processo em estudo;

g) ser portátil e fácil de operar no campo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

- BERNARDO, S; MANTOVANI, E.C.; SILVA, D.D.; e SOARES, A.A. Manual de Irrigação. 9.ed. Viçosa: Editora UFV,2019. 545p.

- FERREIRA, Valber Mendes. Irrigação e Drenagem. Floriano/PI: EDUFPI, 2011. 126 p. (Técnico em Agropecuária).

- MANTOVANI, Everardo Chartuni; BERNARDO, Salassier;  PALARETTI, Luiz Fabiano. Irrigação: Princípios e Métodos. 3ª ed. atual. Viçosa/MG: Ed. UFV, 2009. 355p.