Descrição espacial da infiltração da água em solo não-saturado

Abstract

A agricultura é uma atividade de grande impacto ambiental, principalmente no que se refere à água. O consumo elevado de água para irrigação e a contaminação de rios e lençóis freáticos por agrotóxicos e fertilizantes são os principais fatores. O estudo do transporte de água em solos não-saturados é de suma importância para minimizar o impacto da atividade agrícola. Porém, solos são ambientes extremamente complexos e ainda são uma fronteira da ciência. Este documento apresenta uma nova abordagem para a visualização do comportamento dinâmico e espacial da água no solo através da construção de linhas de fluxo tridimensionais. Esta visualização utiliza como base imagens de tomografia realizadas sobre amostras de solo em ensaios de infiltração. Para o estudo, são recuperados dados de um tomógrafo desenvolvido pela EMBRAPA e pela USP. O processo consiste em duas etapas principais: a estimativa de um campo vetorial e sua visualização de forma adequada. A estimativa do campo vetorial é feita através do algoritmo de optical flow comparando duas seções verticais da amostra. Já a visualização baseia-se num algoritmo que cria imagens contendo linhas de fluxo através de difusão anisotrópica. Resultados práticos são apresentados com um exemplo de análise para salientar o interesse de utilização desta metodologia.

Agriculture is an activity with a great environmental impact, being water a major issue in this context. Irrigation is responsible for an important demand of water, and rivers or underground reservoirs can be polluted by pesticides and fertilizers. The study of the transport of liquid on unsaturated soil is very important to minimize agricultural activity impact. But today soils are still a frontier of science, because it is an heterogeneous and complex environment. This document presents a new approach for visualizing the dynamic and spatial behavior of water infiltrating in soil by the construction of tridimensional flow lines. This visualization process uses as input soil tomography images, obtained during infiltration tests on field soil samples. The data used in the project was obtained in studies conducted by EMPRAPA and USP. The process consists in two main steps: the first one being the estimation of a vector field and the second one being its adequate visualization. The vector field represents the movement of the humidity on the soil and is constructed using the optical flow algorithm. The visualization is done by creating the main flow lines using an anisotropic diffusion algorithm. Practical results and an analysis are presented in this document to show the interest of using this methodology.