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Propriedades do solo

Os dados do solo definem a resposta hidráulica da superfície terrestre e controlam a taxa na qual a água se infiltra no subsolo em HydroPol2D. Dentro da formulação atual do modelo, as propriedades do solo são usadas para estimar capacidade de infiltração, armazenamento em camadas da zona vadosa, drenagem/recarga, ascensão capilar e comportamento de armazenamento de água subterrânea.​

Função em HydroPol2D​

A entrada do solo é usada para representar:

  • Capacidade de infiltração na superfície
  • Armazenamento de água próximo à superfície, na zona radicular e na zona de transmissão
  • Condutividade hidráulica eficaz por camada
  • Condições iniciais de umidade do solo (quando não fornecidas como campo espacial)
  • Rendimento específico das águas subterrâneas e condutividade hidráulica saturada

Estas propriedades influenciam diretamente a geração do escoamento e o momento da resposta hidrológica.​

Representação do Solo​

HydroPol2D requer um mapa de solo categórico. Cada célula da grade deve receber um identificador de classe de solo, que é então vinculado a um conjunto de parâmetros hidráulicos através das tabelas de entrada. Essa estrutura permite que o modelo:

  • Atribuir propriedades hidráulicas distribuídas espacialmente
  • Mantenha a consistência em todo o domínio
  • Separar dados espaciais da definição de parâmetros

O mapa de solos ainda fornece uma classe categórica de solo por célula do modelo. Essa classe define os parâmetros hidráulicos básicos da coluna. A implementação em camadas atual particiona a profundidade vadose disponível em:

  • uma camada próxima à superfície, com profundidade alvo padrão de 0,10 m0,10\,\mathrm{m};
  • uma camada de zona raiz, cuja profundidade é definida pela classe LULC;
  • uma camada de zona de transmissão abaixo da zona raiz;
  • uma zona de águas subterrâneas começando no lençol freático atual.

A geometria da camada se adapta à profundidade da rocha e à posição da água subterrânea. Se a profundidade da raiz for menor que a camada próxima à superfície, a camada explícita da zona raiz colapsará na camada próxima à superfície. Se o leito rochoso ou o lençol freático for mais raso do que a profundidade radicular solicitada, a zona radicular será truncada para a profundidade vadosa disponível.​

Parâmetros de solo necessários​

Os parâmetros hidráulicos são definidos externamente e associados às classes de solos. Os parâmetros típicos incluem:

  • Condutividade hidráulica saturada (Ks)
  • Porosidade do solo
  • Conteúdo de água residual
  • Parâmetros de retenção de água no solo (por exemplo, parâmetros de Van Genuchten)
  • Umidade inicial do solo (quando não prescrita como campo espacial)
  • Rendimento específico e condutividade saturada das águas subterrâneas
  • Multiplicadores de camada opcionais para condutividade hidráulica saturada

Estes parâmetros devem ser fisicamente consistentes e representativos das classes de solos definidas no raster.​

Fontes de dados do solo​

Vários conjuntos de dados podem ser usados ​​para derivar classificações de solo e parâmetros hidráulicos associados.

Grades de Solo (ISRIC)​

  • Região: Global
  • Resolução: até 250 m
  • Fornece estimativas contínuas das propriedades do solo (textura, densidade aparente, conteúdo orgânico)
  • Pode ser usado para derivar classes de textura de solo do USDA
  • Baixar: https://soilgrids.org/

FAO / HWSD (Banco de Dados Mundial Harmonizado de Solos)​

Classificação de solo do USDA (baseada em textura)​

HydroPol2D geralmente depende de classes de textura de solo do USDA (por exemplo, areia, argila, argila) para definir o comportamento hidráulico. Essas classes podem ser derivadas de:

  • Frações de textura SoilGrids
  • Bancos de dados de solos da FAO
  • Levantamentos regionais de solo

Esta abordagem fornece uma estrutura consistente para atribuir parâmetros hidráulicos, como condutividade e características de retenção.​

SSURGO (Banco de dados geográfico de levantamento de solos)​

  • Região: Estados Unidos
  • Resolução espacial muito alta
  • Taxonomia detalhada do solo e propriedades físicas
  • Recomendado para aplicações de alta resolução
  • Baixar: https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/

STATSGO (Banco de Dados Geográfico do Solo do Estado)​

Associação de parâmetros​

As classes de solo não são usadas diretamente nas equações governantes. Em vez disso, eles servem como índices em tabelas de parâmetros. Cada classe de solo deve estar associada a um conjunto consistente de propriedades hidráulicas. A qualidade desse mapeamento tem impacto direto no desempenho do modelo. Os usuários são responsáveis ​​por garantir que:

  • Os valores dos parâmetros são fisicamente realistas
  • As unidades são consistentes
  • As classes de solo são devidamente definidas e interpretadas

Resolução e Alinhamento​

O raster de solo deve:

  • Corresponder ou ser reamostrado para a resolução DEM
  • Use o mesmo sistema de referência de coordenadas projetadas (CRS)
  • Alinhe espacialmente com todas as outras entradas raster

Qualquer incompatibilidade na resolução ou alinhamento resultará na atribuição espacial incorreta das propriedades do solo.​

Considerações Práticas​

Ao preparar os insumos do solo:

  • Prefira representações categóricas em vez de conjuntos de dados contínuos brutos
  • Agregue classificações detalhadas do solo quando necessário
  • Evite valores de parâmetros extremos ou não físicos
  • Verifique a consistência entre classes raster e tabelas de parâmetros

Em muitos casos, simplificar o número de classes de solos melhora a estabilidade e a interpretabilidade do modelo.​

Resumo​

No HydroPol2D, os dados do solo são usados ​​para controlar a infiltração, o armazenamento vadoso em camadas, a recarga, o armazenamento de águas subterrâneas e o feedback das águas subterrâneas para a superfície. O modelo depende de uma representação categórica do solo juntamente com parâmetros hidráulicos definidos externamente, profundidades da zona radicular baseadas em LULC e multiplicadores de camada opcionais. A definição e mapeamento adequados desses parâmetros são essenciais para a obtenção de simulações confiáveis.