Modelagem computacional do fluxo unidimensional de água em meio não saturado do solo

Abstract

O estudo do fluxo de água em zonas não saturadas do solo é de grande importância para pesquisas relacionadas à disponibilidade hídrica para o desenvolvimento das plantas. Devido ao alto custo, ao tempo demandado e ao esforço humano nas investigações de campo, os modelos matemáticos, aliados às técnicas numéricas e avanços computacionais, constituem-se em uma ferramenta importante na previsão desses estudos. No presente trabalho, objetivou-se solucionar a equação diferencial parcial não linear de Richards mediante a aplicação do Método de Elementos Finitos. Na aproximação espacial, foi empregada a adaptatividade com refinamento "h" na malha de elementos finitos e, na derivada temporal, foi aplicado o esquema de Euler Explícito. A função interpolação polinomial utilizada foi de grau 2, e a que garantiu a conservação de massa da estratégia de adaptação. Para a validação do modelo, foram utilizados dados disponíveis em literatura. A utilização da função interpolação polinomial de grau 2 e o refinamento "h", com considerável redução do tempo de execução da rotina computacional, permitiram uma boa concordância do modelo em comparação a soluções disponíveis na literatura.Study of water flow in the unsaturated soil zone is of great importance for research related to the water availability for crop development. Due to the high cost, the time required and the human effort in the field investigations, mathematical models combined with numerical techniques and computational advances are important tools in the prediction of these studies. This work aimed to solve the Richards's non-linear partial differential equation by applying the Finite Element Method. Adaptability with "h" refinement of the finite element mesh was used in the spatial approximation, while Explicit Euler scheme was applied for the time derivative. The polynomial interpolation function used was of degree two, and ensured the mass conservation of the adaptation strategy. To validate the model, data available in the literature were used. Use of the polynomial interpolation function with degree two and the "h" refinement, with considerable reduction of the computational runtime allowed good agreement in comparison to solutions available in the literature.