Estimation of water percolation by different methods using TDR

Abstract

Detailed knowledge on water percolation into the soil in irrigated areas is fundamental for solving problems of drainage, pollution and the recharge of underground aquifers. The aim of this study was to evaluate the percolation estimated by time-domain-reflectometry (TDR) in a drainage lysimeter. We used Darcy's law with K(θ) functions determined by field and laboratory methods and by the change in water storage in the soil profile at 16 points of moisture measurement at different time intervals. A sandy clay soil was saturated and covered with plastic sheet to prevent evaporation and an internal drainage trial in a drainage lysimeter was installed. The relationship between the observed and estimated percolation values was evaluated by linear regression analysis. The results suggest that percolation in the field or laboratory can be estimated based on continuous monitoring with TDR, and at short time intervals, of the variations in soil water storage. The precision and accuracy of this approach are similar to those of the lysimeter and it has advantages over the other evaluated methods, of which the most relevant are the possibility of estimating percolation in short time intervals and exemption from the predetermination of soil hydraulic properties such as water retention and hydraulic conductivity. The estimates obtained by the Darcy-Buckingham equation for percolation levels using function K(θ) predicted by the method of Hillel et al. (1972) provided compatible water percolation estimates with those obtained in the lysimeter at time intervals greater than 1 h. The methods of Libardi et al. (1980), Sisson et al. (1980) and van Genuchten (1980) underestimated water percolation.O conhecimento acurado da percolação de água no solo é crucial para resolução de problemas de drenagem, recarga e poluição de aquíferos subterrâneos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a percolação estimada com TDR em lisímetro de drenagem. Utilizou-se da Lei de Darcy com funções K(θ) determinadas por métodos de campo e laboratório, bem como pela variação de armazenagem de água no perfil do solo com 16 pontos de medidas de umidade em diferentes intervalos de tempo. Um solo de textura argiloarenosa foi saturado e coberto com lona plástica para evitar a evaporação, procedendo-se um ensaio de drenagem interna em um lisímetro de drenagem. A avaliação da relação entre os valores de percolação estimados e observados foi feita mediante análise de regressão linear. Os resultados sugerem que a estimativa da percolação em nível de campo ou laboratório pode ser realizada a partir do monitoramento contínuo e em curtos intervalos de tempo da variação de armazenagem de água no solo com TDR. Esse método apresentou precisão e acurácia próxima a de lisímetro e algumas vantagens sobre os demais avaliados, como a possibilidade de estimativas de percolação em curtos intervalos de tempo e a não necessidade da predeterminação de propriedades hidráulicas do solo como curva de retenção e condutividade hidráulica. Verificou-se que o uso da equação de Darcy-Buckingham para estimativa das lâminas de percolação com uso da função K(θ) predita pelo método de Hillel et al. (1972) proporcionou estimativas de percolação de água com valores compatíveis aos obtidos no lisímetro de drenagem para intervalos de tempo maior que 1 h. Os métodos de Libardi et al. (1980), Sisson et al. (1980) e van Genuchten (1980) subestimaram os valores de percolação de água estimados.