Modelagem computacional de escoamentos de fluidos em solos não saturados - Rosa, Vitor Sales Dias da (2011)
O movimento da água em solos não saturados (zona vadosa) pode ser descrito pela equação de Richards, obtida pela combinação da equação de conservação de massa e da lei de Darcy-Buckingham. Usualmente essa equação é representada sob três formas básicas: h - baseada na carga de pressão, θ - baseada na umidade volumétrica e mista - baseada na combinação das duas variáveis. Essas equações são matematicamente equivalentes; porém, em geral, suas aproximações numéricas podem levar a resultados bastante diferentes. Neste trabalho foram validados e comparados modelos numéricos, implementados em um código computacional na linguagem C, para a aproximação da equação de Richards, nas suas três formas, em uma dimensão. Para isso, empregou-se o método de diferenças finitas centrado no espaço e atrasado no tempo. Visando melhorar a conservação de massa dos modelos utilizados e o tempo de execução do programa, principalmente em problemas que apresentam mudanças bruscas nas condições de contorno e/ou camadas estratificadas, foram também implementadas três estratégias para a escolha do passo de tempo, assim como técnicas para aproximar as não-linearidades nos pontos intermediários da malha computacional e naqueles situados nas interfaces das camadas. A validação dos modelos acima se deu através da comparação das soluções aproximadas com a solução semi-analítica de Philip e a totalmente analítica de Srivastava e Yeh para colunas de solos homogêneas e estratificadas. A partir de dados disponíveis na literatura avaliou-se também a precisão e a eficiência das metodologias estudadas nas: i) aproximações da condutividade e da capacidade hidráulica e ii) na aplicação das estratégias de passo de tempo, quanto à precisão dos resultados simulados, à conservação de massa e ao tempo de execução do programa. De acordo com o desempenho das metodologias analisadas foram apontadas as melhores opções para a solução de cada problema, indicando-se assim alternativas na implementação de modelos numéricos para o escoamento da água na zona vadosa.