Análise de sensibilidade no processamento de dados de experimentos de perfil instantâneo

Sensitivity analysis of a computer algorithm in data processing from instantaneous profile experiments

SEÇÃO I - FÍSICA DO SOLO

Análise de sensibilidade no processamento de dados de experimentos de perfil instantâneo(¹)

Sensitivity analysis of a computer algorithm in data processing from instantaneous profile experiments

Q. de Jong Van Lier

Professor do Departamento de Ciências Exatas, Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP. Caixa Postal 9, CEP 13418-900 Piracicaba (SP). Bolsista do CNPq

RESUMO

Dentre as propriedades físicas do solo, a condutividade hidráulica é uma das mais importantes, quando se estudam fenômenos que estão ligados ao movimento da água no solo. O método para determinar a função condutividade hidráulica versus umidade ou função K(θ) de um solo, denominada método de perfil instantâneo, tem como maior vantagem o fato de se basear em medições diretas no campo, sem necessidade de aguardar o estabelecimento de um equilíbrio dinâmico. No caso de experimentos desse tipo, não se conhecem estudos sobre sua sensibilidade em relação a erros nos dados experimentais; tampouco se conhece a influência que uma observação experimental a mais ou a menos possa ter sobre a parametrização da função K(θ) O presente trabalho visou analisar a sensibilidade do método de perfil instantâneo a variações nas observações realizadas in situ Utilizaram-se dados de dois experimentos de perfil instantâneo realizados no campus "Luiz de Queiroz", da Universidade de São Paulo, em Piracicaba (SP). Por meio de um algoritmo computacional para a análise dos dados experimentais, verificou-se a sensibilidade do resultado do cálculo dos parâmetros da função K(θ) para variações nos valores de entrada. Foi analisado o efeito das seguintes alterações no conjunto original de dados: retirada de uma leitura completa do conjunto de dados; retirada de leituras finais; erro no coeficiente angular de calibração do TDR; erro no intercepto da curva de calibração do TDR; erro em uma das leituras do TDR. Pelos resultados do levantamento, concluiu-se que o método do perfil instantâneo, conjuntamente com a rotina computacional utilizada para processar os valores observados no campo, apresenta alta sensibilidade a pequenas incertezas no ajuste de funções aos valores da umidade Versus tempo; é também muito sensível à leitura do tempo zero, que, portanto, deveria ser desconsiderada. Erros ou incertezas nos ajustes dos valores do potencial total Versus a profundidade têm menor influência no resultado final. Se houver comportamento não estritamente exponencial entre condutividade hidráulica e umidade, a sensibilidade do método para pequenas alterações no conjunto de dados de entrada aumenta. Respectivos erros no coeficiente angular e no intercepto de um TDR com equação de calibração linear alteram os respectivos coeficiente angular (γ) ou intercepto (ln(K^*)) da relação entre condutividade hidráulica e umidade, quando o potencial matricial é obtido por tensiometria.

Termos de indexação: condutividade hidráulica; método de campo.

SUMMARY

Among physical soil properties, hydraulic conductivity is one of the most important for studies which involve soil water movement. Establishing a relation between hydraulic conductivity and soil water content (K(θ) function) is essential for such studies. The method to determine the K(θ) function in a soil, called "instantaneous profile method", has one main advantage: it is based on direct field measurements with no need of awaiting the establishment of steady-state conditions. For this kind of experiment, no studies could be found about sensitivity to errors in experimental data or what influence one experimental observation more or less would have on the parameterization of the K(θ) function. Based on two instantaneous profile experiments (carried out on the 'Luiz de Queiroz' campus of the Universidade de São Paulo in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil), this study tried to analyze the sensitivity of the instantaneous profile method to variations in field observations, using a computer algorithm for the analysis of the experimental data. The effect of the following modifications in the original data set were checked: removal of one observation; removal of final observations; error in the in the angular coefficient of the TDR calibration; error in the intercept of the TDR calibration; error in one of the TDR readings. Results show that the instantaneous profile method, together with the applied computer algorithm, has a high sensitivity to small uncertainties in the fitting of functions to soil moisture versus time. As it is also very sensitive to the zero time reading, which, therefore, should best not be considered. Errors or uncertainties in fitting soil water potential to depth proved to have a smaller influence on the final result. A not strictly exponential behavior between hydraulic conductivity and soil moisture increases the method's sensitivity to small errors. Errors in the angular coefficient or intercept of a TDR with linear calibration equation only affect the angular coefficient (γ) or intercept (ln(K^*)) of the K(θ) function, respectively, when the matrix potential is determined by tensiometry.

Index terms: hydraulic conductivity; field method.

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AGRADECIMENTOS

O autor agradece à Fundação de Amparo de Pesquisa do estado de São Paulo (FAPESP), pelo apoio financeiro, sem o qual os dados experimentais utilizados nesta tese não poderiam ter sido obtidos. Agradece também aos alunos de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas da ESALQ/USP, Luciana Gomes Castro e José Fernandes de Melo Filho, pelo auxílio na execução de grande parte do experimento de campo, respectivamente no "Local A" (Fazenda Areão) e "Local P" (Campus ESALQ).

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em abril de 2001

Aprovado em julho de 2002

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(1

) Parte da Tese de Livre-Docência do autor, apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP, na disciplina "Física do Meio Ambiente". Dados obtidos com auxílio da Fapesp.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  29 Set 2014
• Data do Fascículo
  Dez 2002

Histórico

• Recebido
  Abr 2001
• Aceito
  Jul 2002