Avaliação numérica de simulador de chuva para estudos de infiltração e escoamento superficial

RESUMO

Simuladores de chuva (SC) são desenvolvidos para estudar processos de infiltração, geração de escoamento superficial e erosão. Vários projetos de SC estão disponíveis, mas atenção limitada é dada aos efeitos de escala do equipamento, condições iniciais e de fronteira no escoamento medido. Este artigo apresenta uma avaliação baseada em um modelo de SC usando uma solução de elementos finitos para a equação de Richard e uma nova condição de fronteira para a superfície do solo, desenvolvida para acomodar o comportamento não saturado do solo. Foram consideradas as propriedades hidráulicas de dois solos tropicais, com múltiplas combinações de conteúdo inicial de água, dimensões da amostra e ângulos de inclinação. Os exercícios numéricos indicam que solos com menores valores de entrada de ar exigem um estágio de equilíbrio para o estabelecimento de condições iniciais. Protocolos de ensaio com tempos de equilíbrio de 48 horas são recomendados. Foi demonstrado que o fluxo de umidade produzido pela gravidade, ao inclinar a amostra, tem o potencial de afetar as condições de superfície e, consequentemente, o escoamento superficial. Especificações de ensaio para minimizar esses efeitos são apresentados. O mecanismo de escoamento superficial no SC apresentou três estágios, todos com claro significado físico. No terceiro estágio pode ocorrer uma indesejável consequência do efeito do fundo impermeável do SC. Foi demonstrado que o estabelecimento da espessura mínima da amostra que evita efeitos de contorno tem grande importância para os resultados dos testes.

Palavras-chave:
Interação chuva-escoamento; Modelo físico; Efeito escala; Simulador de chuva