Modelação numérica de simuladores de chuva

Abstract

Os simuladores de chuva são utilizados no estudo de uma grande variedade de processos (i.e. erosão hídrica, infiltração, escoamento superficial, arrastamento de agroquímicos, etc.). O vento influencia os resultados das experiências de campo com simuladores de chuva. A trajectória e velocidade das gotas de água é alterada, sendo afectadas a distribuição da aplicação de água e a da energia cinética, bem como as características hidráulicas do escoamento superficial gerado, nomeadamente em relação à sua velocidade e profundidade. Um modelo numérico tridimensional (LIMA e TORFS, 1993) foi criado a partir do movimento de cada gota, após serem ejectadas pelo nebulizador do simulador de chuva. A quantidade de movimento de cada gota é afectado pelas forças de atrito, vento e gravidade. As distribuições de aplicação de água, energia cinética e das forças que conduzem o escoamento superficial foram estimadas através da associação de um modelo hidrodinâmico para o movimento das gotas, um gerador estocástico de gotas que representa um nebulizador simples de cone preenchido, e um algoritmo apropriado que representa a interceção com a superfície do solo. O modelo matemático vem facilitar a selecção de nebulizadores simples de cone preenchido e do tamanho e configuração da área molhada pela chuva simulada.

Les simulateurs de pluie sont utilisés pour l'étude d'une grande variété de processus (i.e. erosion hydraulique, infiltration, écoulement superficiel, entrainement de produits agrochimiques, etc.). Le vent influencie les résultats des expériences de champ qui utilisent des simulateurs de pluie. La trajectoire et la vitesse des gouttes d'eau est modiffié, ce qui change la distribution de l'application de l'eau et de l'énergie cinétique, ainsi que les caractéristiques hydrauliques de l'écoulement superficiel generé, notamment la vitesse et la profondeur. Le modèle numérique tridimensionnel (LIMA et TORFS, 1993) a été developpé à partir du mouvement de chaque goutte, après ejection par le pulvériseur du simulateur de pluie. La quantité de mouvement de la goutte est affectée par les forces de frottement, par le vent et par le pesanteur. Les distributions de 1'application de l'eau, l'énergie cinétique et les forces qui conduisent l'écoulement superficiel ont été estimées à partir du couplage d'un modèle hydrodynamique pour le mouvement des gouttes, d'un générateur stocastique de gouttes qui represente un pulvériseur simple de cône plein, et d'un algorithme approprié qui représente l'intersection avec la surface du sol. Le modèle mathématique facilite la selection de pulvériseur simples de cône plein et de la taille et configuration de la surface moulhiée par la pluie simulée.

Rainfall simulators are used in studies of a variety of different processes (i.e., water erosion, infiltration, overland flow, movement of agrochemicals, etc.). Wind affects field experiments that make use of rainfall simulators. Water-drop trajectories and velocities are altered, affecting water application, kinetic energy distributions, and the hydraulics of underlying overland flow, namely water depths and velocities. A three-dimensional numerical model (LIMA and TORFS, 1993) was developed from the movement of individual drops after their release from the nozzle of a simulator. The original momentum of a single drop is affected by drag forces, wind and gravity. Water application, kinetic energy and overland flow driving force distributions were estimated from the coupling of the hydrodynamic model for drop movement, a stochastic drop generator representing a single full -cone spray nozzle, and an appropriate interception algorithm at the soil surface. The mathematical model should facilitate the selection of single full -cone spray nozzles and the size and configuration of the spray area for rainfall simulations.