Efeito da velocidade de escoamento da solução e do comprimento da coluna de solo nos parâmetros de transporte de solutos em solos argiloso e arenoso

Abstract

A eficácia dos modelos matemáticos desenvolvidos para descrever o transporte de solutos no solo depende do grau de confiabilidade dos valores dos parâmetros de transporte. Apesar dos trabalhos de determinação destes parâmetros utilizarem a mesma equação de transporte, algumas condições experimentais como o comprimento da coluna e a velocidade de deslocamento da solução aplicada não têm padronização, tornando questionáveis os resultados obtidos e a comparação destes com outros trabalhos. Com isso, este estudo objetivou avaliar a influência da velocidade de escoamento e do comprimento da coluna de solo na determinação do coeficiente de dispersão-difusão (D), da dispersividade (λ) e do fator de retardamento (R) do íon potássio (K+) em um Latossolo Vermelho distrófico (LVd) e num Neossolo Quartizarênico órtico (RQo). O experimento foi realizado em laboratório, utilizando, para cada solo, colunas de lixiviação de comprimento (L) iguais a 10, 20, 30, 40 e 50 cm, com 4,7 cm de diâmetros internos e velocidades de escoamento da solução (v) de 61,9; 69,12, 74,88 e 80,86 cm h-1 para o LVd e de 37,16; 40,57, 44,0 e 48,07 cm h-1 para o RQo. As colunas, preenchidas com o solo desestruturado e saturado com solução de CaCl2, 0,005 mol L-1, foram conectadas a permeâmetros de carga constante contendo a mesma solução de CaCl2 até se obter escoamento permanente. Posteriormente, aplicava-se a carga que proporcionaria a velocidade desejada de acordo com a condutividade hidráulica da coluna e a porosidade total e, em seguida substituía-se a solução por uma de KCl contendo 130 mg L-1 de K+. O efluente da solução de K+ foi coletado até atingir sete volumes de poros para o LVd e cinco volumes de poros para o RQo, sendo que esses volumes foram divididos em 18 coletas de aproximadamente 0,28 e 0,39 volumes de poros para o RQo e o LVd, respectivamente. Os parâmetros de transporte R e D foram obtidos utilizando-se o programa computacional Disp e a λ foi obtida pela equação D = Do + λv, sendo Do igual a 0,0713 cm2 h-1 para o KCl . Para os dois solos, D apresentou ajuste de regressão linear múltipla positiva em função de L e de v com R² = 0,79 para o LVd e R² = 0,85 para o RQo, o parâmetro λ ajustou-se a regressão linear simples positiva em função de L com R² = 0,92 e R² = 0,93 para o LVd e o RQo, respectivamente. O R, para o LVd, apresentou ajuste de regressão linear simples negativa em função de L (R² = 0,87) e positiva em função de v (R² = 0,68). Para o RQo, o R apresentou ajuste de regressão linear simples negativa em função de L (R² = 0,79). Pode-se concluir que os parâmetros de transporte de solutos foram influenciados pelo comprimento da coluna de solo e pela velocidade de escoamento da solução deslocadora.

The effectiveness of the mathematical models developed to describe the solute transport in the soil depends on the reliability of the values of the transport parameters. Although the determination of these parameters use the same transport equation, some experimental conditions such as the column length and the pore water velocity does not have standards, making questionable the results and the comparison of different researches. Thus, the aim of this study was to evaluate the influence of flow velocity and the length of soil column to determine the coefficient of dispersion-diffusion (D), dispersivity (λ) and the retardation factor (R) of the potassium ion (K+) on an Oxisol (clay soil) and on a Dystric Quartzarenic Neosol (sandy soil). The experiment was conducted in a laboratory using, for each soil, columns of lengths (L) equals to 10, 20, 30, 40 and 50 cm, with an internal diameter of 47 mm and pore water velocities equal to (v) 61.9, 69.12, 74.88 and 80.86 cm h-1 for the clay soil and 37.16, 40.57, 48.07 and 44.0 cm h-1 for the sandy soil. The columns repacked and saturated with a solution of CaCl2, 0.005 mol L-1 were connected to a Mariotte bottle, containing the same solution of CaCl2, until a steady flow is achieved. Later, it was applied the head that would provide the desired pore water velocity according to the hydraulic conductivity and total porosity of the column, and then the solution was replaced by a KCl solution containing 130 mg L-1 of K+. The effluent of the solution of K+ was collected until seven pore volumes for clay soil and five pore volumes for sandy soil were achieved. These pore volumes were divided into 18 samples of about 0.28 and 0.39 pore volumes for sandy and clay soil, respectively. The R and D transport parameters were obtained using the Disp computer program and the λ was obtained by the equation D = Do + λv, being Do equal to 0.0713 cm2 h-1 for the KCl. For both soils, D increased linearly with L and v and the λ linearly increased with L. The R, for the clay soil, linearly decreased with L and increased with v. For the sandy soil, the R had a linear decreased in terms of L. It can be concluded that the solute transport parameters were influenced by the length of soil column and the pore water velocity.