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 $0.10\,\mathrm{m}$ ;
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.

Este é o esquema padrão. A subsuperfície em camadas, opcional, mantém as mesmas três camadas de solo, mas coloca camadas de regolito abaixo delas, com parâmetros próprios.

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.

Solo e Regolito na Subsuperfície em Camadas

Na subsuperfície em camadas, a coluna tem três camadas de solo acima da base do solo e camadas de regolito abaixo dela. Cada camada tem a sua própria curva de van Genuchten.

Camadas de solo

As três camadas de solo usam os parâmetros da classe de solo, ou seja, ksat com os três multiplicadores de camada, n, alpha, θsat, θr e l_vg. Duas colunas da tabela de solos mudam de papel.

Coluna	Esquema padrão	Subsuperfície em camadas
`Sy`	Rendimento específico do aquífero	Ignorada. Cada camada toma $S_y$ da sua curva de retenção.
`kgsat`	Condutividade lateral do aquífero	Condutividade horizontal das camadas de regolito, usada quando `regolith_ksat_h_mm_h` está vazio

O rendimento específico de cada camada é a porosidade drenável na capacidade de campo

S_y = \theta_s - \theta\left(\psi = -h_{fc}\right)

com $h_{fc}$ = capillary_field_capacity_head_m (padrão 3.3 m). No HydroPol2D-Python, o esquema em camadas não usa vertical.specific_yield nem static.specific_yield_path. Informar esse caminho gera um aviso.

A condutividade horizontal das camadas de solo é ksat × soil_lateral_anisotropy (padrão 1) × soil_lateral_conductivity_multiplier (padrão 1).

Camadas de regolito

Os parâmetros do regolito são escalares ou rasters. Um raster prevalece onde for finito, e o escalar preenche o restante.

Parâmetro	Unidades	Padrão	Raster MATLAB (aba Soil and groundwater)	Raster Python
`regolith_theta_s`	m³/m³	0.35	`RegolithThetaS_path`	`static.regolith_theta_s_path`
`regolith_theta_r`	m³/m³	0.05	`RegolithThetaR_path`	`static.regolith_theta_r_path`
`regolith_alpha_vg_m_inverse`	1/m	2.0	`RegolithAlphaVG_path`	`static.regolith_alpha_vg_m_inverse_path`
`regolith_n_vg`	-	1.5	`RegolithNVG_path`	`static.regolith_n_vg_path`
`regolith_ksat_v_mm_h`	mm/h	5.0	`RegolithKsatV_path`	`static.regolith_ksat_v_mm_h_path`
`regolith_ksat_h_mm_h`	mm/h	vazio: `kgsat`	`RegolithKsatH_path`	`static.regolith_ksat_h_mm_h_path`
`regolith_specific_yield`	-	vazio: $\theta_s - \theta_{fc}$	`RegolithSpecificYield_path`	`static.regolith_specific_yield_path`

Um $S_y$ do regolito informado deve estar em $(0,\ \theta_s - \theta_r]$ . A condutividade horizontal das camadas de regolito é multiplicada por regolith_lateral_conductivity_multiplier (padrão 1).

Ainda não existe tabela de classes de regolito. As propriedades do regolito são apenas escalares ou rasters.

Mapas de propriedades do solo

As propriedades do solo também podem vir de rasters. As células finitas substituem o valor da classe de solo, e o nodata mantém esse valor. No modo Excel do MATLAB, os mapas formam o bloco "Soil-property maps" da aba Input maps (desde 2026-10-20). No modo bypass, são os mapas do Case Builder.

Mapa	Substitui
`ThetaS_path`, `ThetaR_path`	$\theta_s$ , $\theta_r$
`AlphaVG_path`, `NVG_path`	$\alpha$ e $n$ de van Genuchten
`KsatNearSurface_path`, `KsatRootZone_path`, `KsatTransmission_path`	$K_{sat}$ das três camadas de solo
`GroundwaterKsat_path`	`kgsat`
`SpecificYield_path`	`Sy` (apenas no esquema padrão de águas subterrâneas)

Um caminho que não aponta para um arquivo gera um aviso.

Cargas da absorção de água pelas raízes

As cargas de Feddes $h_1$ a $h_4$ são configurações globais, e não parâmetros da classe de solo. Veja Modelo Hidrológico, Seção 3.5.

Fontes globais usadas pelo Case Builder

O Case Builder (--subsurface-scheme layered) deriva os mapas do regolito de dados globais, e as mesmas regras valem para qualquer domínio.

Mapa	Regra	Fonte
`RegolithThetaS/ThetaR/AlphaVG/NVG.tif`	Classe textural do USDA a 200 cm, convertida em parâmetros de van Genuchten pela tabela de solos do Builder	OpenLandMap texture v0.2, 200 cm
`RegolithKsatH.tif`	Permeabilidade × $\rho g/\mu$ a 20 °C. Onde o GLHYMPS não tem polígono, usa o Ksat das águas subterrâneas da classe textural a 200 cm.	Tiles globais do GLHYMPS 2.0 (Gleeson et al., 2014; Huscroft et al., 2018)
`RegolithKsatV.tif`	`RegolithKsatH` ÷ `groundwater_vertical_anisotropy_ratio`	-
`RegolithSpecificYield.tif`	Padrão `derived_capped`: $\theta_s - \theta(3.3\ \mathrm{m})$ , limitado pela porosidade do GLHYMPS; nodata onde falta o GLHYMPS, para que o modelo derive $S_y$ ali. Com `derived`, nenhum mapa é gravado.	`--regolith-specific-yield-rule`

Os tiles do GLHYMPS são baixados uma vez, conferidos contra o SHA-256 do manifesto e guardados em cache. Proveniência, cobertura e estatísticas vão para quality_report/layered_subsurface_rasters.json. Em casos em camadas, o Builder não conecta SpecificYield.tif ao caso.

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)

Região: Global
Resolução mais grosseira
Fornece unidades de mapeamento do solo e propriedades associadas
Adequado para aplicações continentais e de grande escala
Baixar: https://www.fao.org/soils-portal/data-hub/en/

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)

Região: Estados Unidos
Resolução mais grosseira que SSURGO
Adequado para estudos regionais a continentais
Baixar: https://www.nrcs.usda.gov/resources/data-and-reports/statsgo

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.

Função em HydroPol2D​

Representação do Solo​

Parâmetros de solo necessários​

Solo e Regolito na Subsuperfície em Camadas​

Camadas de solo​

Camadas de regolito​

Mapas de propriedades do solo​

Cargas da absorção de água pelas raízes​

Fontes globais usadas pelo Case Builder​

Fontes de dados do solo​

Grades de Solo (ISRIC)​

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

Classificação de solo do USDA (baseada em textura)​

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

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

Associação de parâmetros​

Resolução e Alinhamento​

Considerações Práticas​

Resumo​