A maior dificuldade em descrever e estimar a distribuição de água no bulbo molhado sob gotejamento reside na extração de água pelo sistema radicular, que é mais complexa devido à geometria de fluxo tridimensional. Os modelos existentes são, na maioria, unidimensionais ou multidimensionais de acessibilidade limitada. Este trabalho propõe um modelo semi-analítico para distribuição bidimensional de umidade ou de potencial no bulbo molhado, através da superposição da solução analítica de Warrick, para ponto-fonte em condições de regime não-permanente, com um modelo paramétrico de extração de água pelas raízes, considerando o balanço de água num volume unitário do solo. O modelo foi ajustado com sucesso a dados experimentais para a cultura do milho num solo franco-siltoso. Simulações de distribuição de água no bulbo molhado mostraram que o modelo permite estimar ou descrever a dinâmica de água do solo no bulbo molhado em qualquer tempo ao longo do ciclo de irrigação, o que pode contribuir significativamente na avaliação do manejo da irrigação, no estudo de posicionamento de sensores de umidade ou de potencial matricial, e em estudos relacionados à atividade das raízes no bulbo molhado.<br>Water extraction by roots has been the main difficulty in describing and predicting a three-dimensional water distribution in the wetted volume under drip irrigation. The existing models consider either one-dimensional or multidimensional flow geometry, but in general, they are not easily accessible. This work introduces a two-dimensional semianalytical model for water content or potential distribution based on a superposition of the Warrick's analytical solution for transient flow from point source with a simple parametric model for root uptake. The model is also based on a local water balance, i.e., it considers a unit volume in a grid set in the wetted volume. The model results fitted well to the experimental data collected using corn plants in a Silt Loam Soil in containers. Simulations of water distribution in the wetted volume showed that the model allows to estimate and to describe soil water dynamics in the wetted volume during an irrigation cycle. This can improve significantly the evaluation of irrigation management, sensor placement studies and activity and distribution of roots in the wetted volume.

Water extraction by roots has been the main difficulty in describing and predicting a three-dimensional water distribution in the wetted volume under drip irrigation. The existing models consider either one-dimensional or multidimensional flow geometry, but in general, they are not easily accessible. This work introduces a two-dimensional semianalytical model for water content or potential distribution based on a superposition of the Warrick's analytical solution for transient flow from point source with a simple parametric model for root uptake. The model is also based on a local water balance, i.e., it considers a unit volume in a grid set in the wetted volume. The model results fitted well to the experimental data collected using corn plants in a Silt Loam Soil in containers. Simulations of water distribution in the wetted volume showed that the model allows to estimate and to describe soil water dynamics in the wetted volume during an irrigation cycle. This can improve significantly the evaluation of irrigation management, sensor placement studies and activity and distribution of roots in the wetted volume. | A maior dificuldade em descrever e estimar a distribuição de água no bulbo molhado sob gotejamento reside na extração de água pelo sistema radicular, que é mais complexa devido à geometria de fluxo tridimensional. Os modelos existentes são, na maioria, unidimensionais ou multidimensionais de acessibilidade limitada. Este trabalho propõe um modelo semi-analítico para distribuição bidimensional de umidade ou de potencial no bulbo molhado, através da superposição da solução analítica de Warrick, para ponto-fonte em condições de regime não-permanente, com um modelo paramétrico de extração de água pelas raízes, considerando o balanço de água num volume unitário do solo. O modelo foi ajustado com sucesso a dados experimentais para a cultura do milho num solo franco-siltoso. Simulações de distribuição de água no bulbo molhado mostraram que o modelo permite estimar ou descrever a dinâmica de água do solo no bulbo molhado em qualquer tempo ao longo do ciclo de irrigação, o que pode contribuir significativamente na avaliação do manejo da irrigação, no estudo de posicionamento de sensores de umidade ou de potencial matricial, e em estudos relacionados à atividade das raízes no bulbo molhado.

&nbsp;Laboratory simulation of the processes that affect chemical species as they pass through estuaries is a useful tool for the study of these littoral systems. In this work, laboratory generation of the salinity gradients of several estuaries was performed using the steady state approach. We show how longitudinal salinity gradients can be generated in the laboratory, in order to characterize water-atmosphere CO2 flux variations along different salinity gradients. Many natural estuaries, exposed to anthropogenic influence, show oversaturation of CO2 relative to the atmosphere, with water pCO2 values between 500 and 9500 µatm. In all the experiments performed, pCO2 values higher than the mean atmospheric pCO2 were obtained. On the other hand, all the experimentally quantified water-atmosphere CO2 fluxes decrease exponentially with the increase in salinity. This same behaviour has been reported for several European estuaries by different authors. | La simulación en laboratorio de los procesos que afectan a las especies químicas en su tránsito por los estuarios es una herramienta muy útil en el estudio de estos sistemas litorales. En este trabajo, se generaron en laboratorio los gradientes de salinidad propios de varios estuarios, utilizando la aproximación del estado estacionario. Así, se muestra la forma en que puede generarse en laboratorio un gradiente longitudinal de salinidad concreto en régimen estacionario y cómo gracias a ello se puede caracterizar la variación del flujo de CO2 agua-atmósfera a lo largo de dicho gradiente. Numerosos estuarios reales, sometidos a actuaciones antropogénicas, presentan una cierta sobresaturación de CO2 respecto a la atmósfera, con valores de pCO2 en agua entre 500 y 9500 µatm. En todos los experimentos realizados también se han obtenido valores de pCO2 superiores a la pCO2 atmosférica mundial media. Por otro lado, todos los flujos de CO2 agua-atmósfera cuantificados en laboratorio descienden de forma exponencial con el incremento de salinidad. Este mismo comportamiento ha sido descrito en diferentes estuarios reales europeos por distintos autores.

No passado, a ocupação territorial do Brasil ocorreu de maneira extremamente desordenada, de forma que a utilização inadequada dos recursos naturais causou sérios impactos negativos aos recursos hídricos, como a deterioração da qualidade da água e, conseqüentemente, a redução na disponibilidade hídrica. Atualmente, ainda existem poucas ferramentas que permitem aos usuários e órgãos gestores um planejamento adequado do uso da água. Nesse sentido, este estudo teve como objetivo simular e analisar a demanda e a oferta de água na agricultura para a bacia hidrográfica do Córrego Jundiá, utilizando o software Perímetro. Durante a realização do estudo, procedeu-se ao cadastramento dos usuários de águas superficiais da bacia do Córrego Jundiá e de suas principais características. Na estimativa da vazão de pico na irrigação, considerou-se a área irrigada, a irrigação total necessária, o tempo de funcionamento do sistema e o período de irrigação. A evapotranspiração de referência foi determinada, utilizando-se equação de Hargreaves-Samani. Para obter a vazão captada média, considerou-se a vazão de pico na irrigação o tempo de funcionamento máximo possível e o tempo efetivo de funcionamento. Os resultados obtidos permitiram as seguintes conclusões: os usuários de água da bacia do Córrego do Jundiá pertencem ao setor agrícola e saneamento; a bacia do Córrego Jundiá possui uma área irrigada de aproximadamente 1.108 ha, sendo 39,8% irrigada por aspersão convencional, 8,4% por microaspersão, 8,5% por gotejamento, 42,4% por pivô central e 0,9% utilizando mangueira; 51,7% dos usuários captam vazão de pico superior a 25% da Q90; 39,5% dos usuários demandam vazão captada média superior a 25% da Q90; a demanda de água máxima ao longo do curso d água corresponde a 195,5% da Q90 na foz da bacia, enquanto a maior vazão captada média representou 73%. Constatou-se a necessidade de regularizar a vazão dos cursos d água com a construção de reservatórios, de usar um sistema de programação de irrigação minimizando a vazão de pico e, até mesmo, substituir os sistemas de irrigação menos eficientes por outros mais eficientes; e o software Perímetro mostrou-se eficiente na simulação do manejo de irrigação e das vazões demandadas e disponíveis ao longo da bacia hidrográfica. | In the past, the occurrence of the territorial occupation in Brazil was extremely disordered and the inadequate use of the natural resources caused serious negative impacts on the water resources, such as the deterioration of the water and the consequent reduction in the water availability. Nowadays, there are few tools that allow the users and management agencies to accomplish an appropriate planning for water. In this scenery, this study was carried out to simulate and analyze both demand and supply of the water in agriculture in the hydrographic basin of the Jundiá creek, by using the software Perímetro . During the accomplishment of this study, the users of the surface wasters in the Jundiá creek basin and their main characteristics were registered in cadastre. In estimating the peak discharge in irrigation, the following factors were considered: the irrigated area, the total irrigation required, the system operation time and the irrigation period. The reference evapotranspiration was determined, by using the equation by Hargreaves-Samani. The peak discharge in irrigation, the possible maximum operational time and the effective operational time were taking into account in order to obtain the average captured discharge. According to the results, the following conclusions were drawn: the users of the water in the Jundiá creek basin belong to both agricultural and sanitation sectors; the Jundiá creek basin has an irrigated area around 1,108ha, as being 39.8% irrigated by conventional sprinkler, 8.4% by microsprinkling, 8.5% by trickle irrigation, 42.4% by central pivot and 0.9% by using hose; 51.7% users capture peak discharge above 25% Q90; 39.5% users demand an average discharge above 25% Q90; the maximum demand along the watercourse corresponds to 195.5% Q90 at the firth of the basin, and the highest average discharge represented 73%. The following were observed: the need for regularizing the flow rate of the watercourse, by constructing reservoirs, the use of the irrigation programming system to minimize the peak discharge; and even to substitute the less efficient irrigation systems by other more efficient ones. The Perímetro software showed to be efficient in either simulating the irrigation management and the demanded discharges available along the hydrographic basin. | Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais

O objetivo do presente trabalho é comparar a dinâmica do armazenamento de água em duas classes de textura do solo (arenoso e argiloso), na região de Ponta Grossa, Estado do Paraná, utilizando um programa que permite a simulação do balanço hídrico climatológico decendial para fins de irrigação agrícola com cinco equações de estimativa do armazenamento de água no solo. Os melhores resultados foram obtidos para os valores de armazenamento simulados para o solo argiloso (CAD = 65 mm) com as equações Potenciais de Primeira e Segunda Ordem e Co-senoidal. As equações de Braga (1982) e deThornthwaite e Mather (1955) não apresentaram bons resultados, considerando irrigações ao longo do ano. Os cinco modelos não apresentaram diferenças significativas para balanços hídricos simulados sem irrigação. A simulação dos balanços hídricos para o solo arenoso (CAD = 25 mm) resultou em valores inconsistentes.<br><br>The objective of this work was to compare the dynamic of soil water storage in two soil texture classes (sandy and clayey), inPonta Grossa, state of Paraná , Brazil, using a program that allows the simulation of decadal climatic water balance for agricultural irrigation with five equations to estimate the soil water storage. The best results were obtained for the soil water storage values simulated for the clayey soil (AWC = 65 mm) with First and Second Order Potential and Co-senoidal equations. The equations of Braga (1982) and Thornthwaite and Mather (1955) did not present good results considering irrigations along the year. The five models did not present significant differences for water balance simulated without irrigation. The water balance simulation for sandy soil (AWC = 25 mm) resulted in inconsistent values.

ABSTRACT The objective of this work was to study the dynamics of water movement in soils under subsurface drip irrigation, using numeric simulation procedures with the development of a interactive computational model. The main objective was to estimate, using soil-water retention parameters (initial soil-water content, soil-water retention curve and saturated hydraulic conductivity) and emitter parameters (emitter flow), the spatial distribution of moisture in soil after a time increment. To calibrate the model, tests were made under field conditions in a Ultisol "intergrade" to typic Oxisol (texturel medium/clay). Four tests were performed under a flow of 5.6t.h-1 and 3.3t.h-1 to a single emitter, and a flow of 4.3t.h-1 and 2.2t.h-1 when two emitters worked simultaneously. Simulated and observed data showed good agreement when the Student's t-Test for mean comparision was used. Also performed was a simulation error analysis (spatial deviation coefficient), expressed as a relation between the simulated and observed soil-water content. Results showed that deviations ranged from -14% to +18%. | RESUMO O presente trabalho teve como finalidade o estudo da dinâmica da água no solo, através da irrigação localizada subsuperficial, utilizando-se procedimentos de simulação numérica, com o desenvolvimento de um modelo iterativo computacional, procurando-se estimar, com base em dados de características de retenção de água no solo (teor de água inicial, parâmetros da curva de retenção da água no solo e condutividade hidráulica saturada) e características do emissor (vazão) a distribuição do teor de água no meio após determinado intervalo de tempo. Para validação do modelo foram realizados ensaios em condição de campo em um solo classificado como Terra Roxa Estruturada, "intergrade" para Latossolo Vermelho-Escuro, textura média/argilosa. Foram realizados 4 ensaios com vazões de 5,6t.h-1 e 3,3t.h-1, quando utilizados um emissor, e vazões de 4,3t.h-1 e 2,2t.h-1, e dois emissores, funcionando simultaneamente. Utilizando-se o Teste t para comparação de médias, verificou-se uma concordância aceitável entre valores amostrados e simulados. Foi realizada, ainda, uma análise de erro do processo de simulação, através de um coeficiente de desvio espacial (CDE) representado pela relação entre o teor de água volumétrico simulado e o teor de água volumétrico amostrado. Os valores encontrados para esses desvios variaram na ordem de -14% a +18%, que podem ser considerados aceitáveis viabilizando, assim, a utilização do modelo.

O presente trabalho consistiu na avaliação dos limites de utilização de um modelo de simulação do balanço hídrico climatológico decendial irrigacionista, em quatro regiões distintas no Estado do Paraná. Nas análises, 68 cenários de simulação do balanço hídrico foram testados para permitir o relacionamento entre a evapotranspiração da cultura(ETc), chuva provável a 75%, diferentes capacidades de água disponível no solo (CAD) e deficiência hídrica anual (DEF). As análises realizadas mostraram que: o modelo consegue obter melhores estimativas de seus componentes para maiores valores de água disponível (AD) no solo; o valor ideal de CAD para processar as análises de irrigação em função das variações da ETo, Kc e ETc deve de preferência ser estabelecida no próprio modelo. Porém, se a condição “maior ETo decendial ≤ AD” do período for válida, o balanço hídrico apresenta resultados consistentes para periodicidade igual a 10 dias.<br><br>The objective of this work was to evaluate the limitations of a ten-day climatic water balance model to simulate irrigation in four different Paraná State regions. Sixty-eight water balance scenarios were tested to allow the relationship among crop evapotranspiration (ETc), probable precipitation at 75% level (P75%), soil available water capacity (AWC) and annual water deficiency (DEF). The results showed that: the model estimates its components better for greater values of available water (AW) in the soil; the ideal AWC value to process the irrigation analyses based on variations of ETo, Kc and ETc should be established in the model itself. However, if the condition "larger ten-day ETo ≤ AW" of the period is valid, the water balance produces consistent results for 10 days periodicity.

As the demand for essential resources like water and energy grows, the importance of their efficient management has never been greater. Traditional tools like Decision Support Systems (DSS) and hydraulic simulators such as EPANET have been employed to tackle this issue. However, these systems come with their own set of challenges, including computational complexity and calibration difficulties. To address these limitations, this study explores the potential of Machine Learning (ML) models for optimizing water distribution and solve the pump schedulling problem. Using supervised learning, these models are trained with historical data and their performance is benchmarked against EPANET. The study also incorporates energy tariffs into the models to optimize pump scheduling, thereby reducing operational costs. Initial tests indicate that the ML models excel in simpler network configurations. Future research aims to extend these models to more complex systems to assess their adaptability and efficiency across different operational conditions. | À medida que a procura por recursos essenciais como água e energia aumenta, a importância da sua gestão eficiente nunca foi tão grande. Ferramentas tradicionais como Sistemas de Apoio à Decisão (SAD) e simuladores hidráulicos como o EPANET têm sido empregues para abordar esta questão. No entanto, estes sistemas vêm com o seu próprio conjunto de desafios, incluindo complexidade computacional e dificuldades de calibração. Para abordar estas limitações, este estudo explora o potencial dos modelos de Machine Learning (ML) para otimizar a distribuição de água e resolver o problema de agendamento de bombas (Pump schedulling problem). Utilizando aprendizagem supervisionada, estes modelos são treinados com dados históricos e o seu desempenho é comparado com o do EPANET. O estudo também incorpora a tarifa de energia nos modelos para otimizar a programação das bombas, reduzindo assim os custos operacionais. Testes iniciais indicam que os modelos de ML se destacam em configurações de rede mais simples. Pesquisas futuras visam estender estes modelos a sistemas mais complexos para avaliar a sua adaptabilidade e eficiência em diferentes condições operacionais. | Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis