CALIBRAÇÃO DE UM APARELHO DE TDR (TIME DOMAIN REFLECTOMETRY) VIA TENSIOMETRIA
FRAGA, Diego Severo1; TEIXEIRA, Claudia Fernanda Almeida2; DAMÉ, Rita de Cássia Fraga2; SIMONETE, Marcia Aparecida3, TERRA, Viviane2

1Bolsista de Iniciação Científica-FAPERGS, Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel-FAEM/UFPel
Campus Universitário – Caixa Postal 354 – CEP 96010-900.
2Depto de Engenharia Agrícola – FEA/UFPel: cfteixei@ig.com.br
3Prof. Colaborador, Universidade do Estado de Santa Catarina– CAV/UDESC

1.	INTRODUÇÃO

A reflectometria no domínio do tempo (TDR) é uma técnica relativamente recente e foi originalmente criada para diagnosticar descontinuidades em sistemas eletrônicos de comunicação. O princípio do método está relacionado ao envio de um pulso eletromagnético de alta freqüência a hastes metálicas enterradas no solo (sondas), sendo utilizada a constante dielétrica da água (Ka) para estimar o conteúdo de água do solo ().
Algumas das vantagens da técnica são a possibilidade da automatização, permitindo o monitoramento da umidade em escala temporal e espacial; e a utilização para medidas simultâneas de  e condutividade elétrica, tanto para medidas no campo, como em colunas no laboratório, principalmente onde os métodos de moderação de nêutrons e radiação gama se tornam inadequados.
Apesar da evolução da técnica nos últimos anos, muitas questões ainda permanecem em aberto, podendo-se destacar, dentre estas, a calibração do equipamento.
A maioria dos trabalhos encontrados na literatura estão relacionados a calibração do equipamento e, normalmente, com o objetivo de encontrar uma equação “universal”, como a proposta por Topp et al. (1980).
Os modelos normalmente utilizados para a calibração são classificados como empíricos, ou seja, são apenas relações funcionais entre as variáveis, onde uma é dependente e as outras independentes. Um grande número de variáveis como densidade do solo, textura, matéria orgânica, entre outras, são incluídos no sentido de abranger uma ampla faixa de solos com características as mais variadas, tornando a calibração às vezes complicada (Jacobsen & Schjonning, 1993).
Assim, o objetivo do presente trabalho é apresentar curvas de calibração de um aparelho baseado na técnica de TDR, obtidas indiretamente via tensiometria e sua posterior relação com a umidade volumétrica através da curva de retenção de água no solo.

2.	MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi instalado próximo ao Posto Agrometeorológico do Departamento de Ciências Exatas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz/USP, Piracicaba (latitude 22o42’30’’ S e longitude 47o38’00’’ O). Conforme EMBRAPA (1999) o solo é classificado como Nitossolo Vermelho Distrófico latossólico.
	A área experimental constituiu-se em um volume de solo com 7,07 m2 de área, contendo em seu interior 30 tensiômetros e 15 sondas de TDR. O equipamento baseado na técnica da TDR foi um testador de cabos (Tektronix), conectado a um “datalogger” e os sensores de umidade de três hastes, os quais foram introduzidos horizontalmente na área experimental.
As profundidades de instalação dos equipamentos foram definidas como sendo de 0,10 em 0,10 m, sendo a primeira a 0,40 m e a última a 1,10 m.
Foram coletadas, concomitantemente, amostras indeformadas para a confecção da curva de retenção de água no solo (Moraes, 1991) e os dados ajustados segundo van Genuchten (1980), utilizando o software SWRC (Dourado Neto et al., 1990).
Para atingir o objetivo proposto, realizou-se a determinação indireta da relação entre Ka e , ou seja, obteve-se a relação entre a constante dielétrica e o potencial matricial obtido por tensiometria e sua posterior relação com a umidade volumétrica, através da curva de retenção de água no solo (Teixeira, 2001). Adotou-se a calibração indireta para não causar distúrbios na área experimental, em função da freqüente necessidade de coleta de amostra deformada para a determinação da umidade gravimétrica e também para diminuir os erros devido a variabilidade espacial, decorrente da realização de calibração externa à área experimental. Assim, as curvas foram obtidas através de pares de valores de , obtidos por tensiometria, e valores de Ka (Topp et al., 1980).

3. 	RESULTADOS E DISCUSSÃO

A equação de ajuste das curvas foi escolhida segundo critérios de facilidade de utilização da equação e valores dos coeficientes de determinação. Como os valores obtidos do coeficiente de determinação foram muito próximos daqueles obtidos pela curva que melhor se ajustou aos dados, optou-se pela utilização da equação linear de ajuste dos dados (Figura 1).
Foram tomados os seguintes cuidados durante a etapa de instalação dos sensores: espaçamento regular (0,20 m na horizontal e 0,10 m na vertical); tempo relativamente longo para acomodação dos equipamentos (cerca de cinco meses) e também instalação dos mesmos no sentido horizontal, a fim de evitar o fluxo preferencial. Mas mesmo tomando os cuidados acima não se dispõe de garantias de que não tenha havido infiltração preferencial por entre os sensores. Zegelin et al. (1989) detectaram esse problema de fluxo preferencial de água ao longo das hastes, o que reforça a problemática de análise de Ka em solos muito úmidos ou próximos a saturação.
É importante salientar que a introdução dos sensores pode causar uma perturbação no solo e, por conseqüência, nas medidas de . Segundo Rothe et al. (1997) os efeitos da alteração da estrutura variam em função da suscetibilidade do solo a compressão, tipo do sensor e teor de água no momento da instalação. Os autores observaram que apesar do sensor de três hastes apresentar uma reflexão do sinal com maior clareza, os efeitos da instalação aumentam com o diâmetro da haste e consideram que para a instalação de sondas com diâmetro maior do que 6 mm, deve ser realizada a remoção do solo e após a introdução do sensor, principalmente em solos compressíveis e em altos conteúdos de água.

		

Figura 1. Curvas de calibração para o TDR, obtidas para as diferentes profundidades do solo.

Analisando-se as curvas em geral, observa-se que na maioria dos casos, os coeficientes de determinação foram bons. A maioria dos valores dos coeficientes de correlação obtidos pelas equações lineares apresentou valores entre 0,753 e 0,991.
Considerando-se as faixas de umidade alcançadas, observa-se que a camada de 0,90 m foi a que apresentou valores mais amplos, 0,38 a 0,50 m3 m-3. Enquanto que a camada de 1,00 m foi a que apresentou a faixa de variação de umidade mais restrita, variando de 0,35 a 0,41 m3 m-3. Essa variação de umidade observada entre a camada de 0,90 e a de 1,00 m pode estar relacionada a presença de horizontes geneticamente densos (“B textural”) ou compactados. Como a chapa galvanizada utilizada para o confinamento da parcela experimental atingiu uma profundidade de 0,80 m, a água proveniente da infiltração pode ter sido confinada na profundidade correspondente a camada de 0,90 m, em função da existência da camada de impedimento. Este fato pode ter causado fluxo lateral e, por conseqüência, dificuldade na saturação do perfil em camadas mais profundas. Portanto, a utilização de chapas galvanizadas para o confinamento da área experimental deve alcançar camadas mais profundas ainda, principalmente em solos que apresentam problema de camada de impedimento, a fim de ultrapassá-la.

4. CONCLUSÕES

É possível a utilização de um método indireto, usando tensiômetros e curvas de retenção para a obtenção de curvas de calibração do aparelho de TDR.

5.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DOURADO NETO, D.; JONG VAN LIER, Q.; BORTEL, T.A.; LIBARDI, P.L. Programa para confecção da curva de retenção de água no solo utilizando o modelo de van Genutchen. Engenharia Rural, v.1, p.92-102, 1990.
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Brasília: EMBRAPA-CNPS, 1999. 412p.
JACOBSEN, O.H.; SCHJONNING, P. A laboratory calibration of time domain reflectometry for soil water measurement including effects of bulk density and texture. Journal of Hydrology, v.151, p.147-157, 1993.
MORAES, S.O. Heterogeneidade hidráulica de uma terra roxa estruturada. Piracicaba, 1991. 141p. Tese (Doutorado) – Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo.
ROTHE, A.; WEIS, W.; KREUTZER, K.; MATTHIES, D.; HESS, U.; ANSORGE, B. Changes in soil structure caused by the installation of time domain reflectometry probes and their influence on the measurement of soil moisture. Water Resources Research, v.33, n.7, p.1585-1593, 1997.
TEIXEIRA, C.F.A. Desempenho do tensiômetro com manômetro de mercúrio, reflectômetro no domínio do tempo e sonda de nêutrons no monitoramento do teor de água no solo. Piracicaba, 2001, 115 p. Tese (Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas), Universidade de São Paulo, 2001.
TOPP, G.C.; DAVIS, J.L.; ANNAN, A.P. Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, v.16, p.574-582, 1980.
VAN GENUCHTEN, M.T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, v.44, p.892-898, 1980.
ZEGELIN, S.J.; WHITE, I.; JENKINS, D.R. Improved field probes for soil water content and electrical conductivity measurement using time domain reflectometry. Water Resources Research, v.25, n.11, p.2367-2376, 1989.