Development, calibration and validation of a rainfall simulator used in hydro geomorphological studies

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5433/2447-1747.2022v31n2p233

Keywords:

Artificial precipitation, Hydro geomorphological study, Soil erosion.

Abstract

The rains actions on the surface can generate liabilities, normally can be visualized in the form of erosion, making it necessary to understand this process in point scales to adopt assertives management measures. Rain simulators appear in this context like tools capable to replicate natural rainfall artificially, accelerating the data production on the hidrogeomorphologic theme. The aims of this study is present the development, calibration and validation of a rainfall simulator, capable to replicate high intensity events (32 mm) similar those occurring in the Cerrado (savana) environment in Uberlândia-MG region. The developed simulator is capable to replicate rainfall continuously over 4 plots to 1m2 each, it has 4.6 meters high and it uses 2 full cone nozzles (30WSQ) to replicate the rainfall. In a pressure to 10 PSI, it has produced for 30 minutes of simulation, precipitations to 31.35 mm, with drops to 2 mm (D50), exposing correlation between the kinetic energy of rain produced and the natural 99.0%, with Christiansen distribution coefficient to 86.83%. Therefore, to segment into parts, the equipment can be used in laboratory and field environments, becoming a tool to contribute to the prospecting to hidrogeomorphologic data in different environments.

Downloads

Author Biographies

Jefferson Gomes Confessor, Universidade Federal de Uberlândia - UFU

Doctoral student in Geography at the Universidade Federal de Uberlândia - UFU.

Fábio Carvalho, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Góias - UFG

PhD in Geography from the Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Professor at the Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Góias - UFG.

Silvio Carlos Rodrigues, Universidade Federal de Uberlândia - UFU

Doctor in Sciences (Physical Geography) from the Universidade de São Paulo - USP. Full Professor at the Universidade Federal de Uberlândia - UFU.

References

ALVES SOBRINHO, Teodorico et al. Programa computacional para a definição de parâmetros hidráulicos utilizados na determinação da energia cinética da chuva simulada em infiltrômetro de aspersão. Engenharia Rural, Piracicaba, v. 12, n. 1, p. 28–35, 2001.

ALVES SOBRINHO, Teodorico; FERREIRA, Paulo; PRUSKI, Fernando. Desenvolvimento de um infiltrômetro de aspersão portátil. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 6, n. 2, p. 337–344, 2002. Disponível em: https://doi.org/10.1590/s1415-43662002000200025. Acesso em: 8 abr. 2021.

BERTOL, Ildegardis; BERTOL, Camilo; BARBOSA, Fabrício Tondello. Simulador de chuva tipo empuxo com braços movidos hidraulicamente: Fabricação e calibração. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 36, n. 6, p. 1905–1910, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S0100-06832012000600024. Acesso em: 2 abr. 2021.

BERTONI, José; LOMBARDI NETO, Francisco. Conservação do solo. São Paulo: Ícone, 2010.

CARVALHO, Fábio; CONFESSOR, Jefferson; RODRIGUES, Silvio. Utilização de simulador de chuvas para determinação do valor CN e abstração inicial na cultura do café em ambiente de cerrado brasileiro. Physis Terrae, Braga, v. 2, n. 2, p. 101–1206, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.21814/physisterrae.3083. Acesso em: 10 abr. 2021.

CARVALHO, Fábio; RODRIGUES, Silvio. Método Curve Number – pesquisas e discussões dos parâmetros valor CN e abstração inicial. Geografia Ensino & Pesquisa, Santa Maria, v. 25, n. 31, p. 1–50, 2021. Disponível em: https://doi.org/10.5902/2236499447861. Acesso em: 26 jan. 2022.

CERDÀ, Artemi; IBÁÑEZ, Asensio; CALVO, Adolfo. Design and operation of a small and portable rainfall simulator for rugged terrain. Soil Technology, Amsterdam, v. 11, n. 2, p. 163-170, 1997. Disponível em: https://doi.org/10.1016/S0933-3630(96)00135-3. Acesso em: 10 abr. 2021.

CHRISTIANSEN, Johan Ernst. Irrigation by sprinkling. Berkeley: University of California, 1942. Disponível em: https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.31210020150940&view=1up&seq=1. Acesso em: 8 abr. 2021.

CONFESSOR, Jefferson; RODRIGUES, Silvio. Método para calibração, validação e utilização de simuladores de chuvas aplicados a estudos hidrogeomorfológicos em parcelas de erosão. Revista Brasileira de Geomorfologia, São Paulo, v. 19, n. 1, p. 222–229, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.20502/rbg.v19i1.1294. Acesso em: 24 jan. 2022.

CONFESSOR, Jefferson. Avaliação de processos erosivos hídricos em diferentes usos agrícolas, utilizando simulador de chuvas no ambiente de Cerrado. 2019. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.606. Acesso em: 12 abr. 2021.

CONFESSOR, Jefferson; SILVA, Lara; RODRIGUES, Silvio. Confecção de um simulador de chuvas móvel como ferramenta de disseminação do conhecimento Geomorfológico e preservação de ambientes. Revista Brasileira de Geomorfologia, São Paulo, v. 22, n. 4, p. 1001–1009, 2021. Disponível em: http://dx.doi.org/10.20502/rbg.v22i4.1871. Acesso em: 24 jan. 2022.

COSTA, Yasmmin; BARCELOS, Anna; RODRIGUES, Silvio. Fire effects on soil and vegetation in a degraded brazilian savanna. Mercator, Fortaleza, v. 17, p.1–13, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.4215/rm2018.e17016. Acesso em: 10 abr. 2021.

COULTHARD, Tom; HANCOCK, Greg; LOWRY, John. Modelling soil erosion with a downscaled landscape evolution model. Earth Surface Processes and landforms, Sussex, v. 37, p. 1046–1055, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1002/esp.3226. Acesso em: 10 abr. 2021.

DUTRA, Débora; ELMIRO, Marcos; GARCIA, Ricardo. Comparative analysis of methods applied in vegetation cover delimitation using Landsat 8 images. Sociedade & Natureza, Uberlândia, v. 32, p. 699–710, 2020. Disponível em: https://seer.ufu.br/index.php/sociedadenatureza/article/view/56139. Acesso em: 25 jan. 2022.

EMBRAPA INFORMÁTICA AGROPECUÁRIA. Software gotas: (sistema de avaliação de pulerização agrícola) analisa a deposição de agrotóxicos nas culturas. [2018]. Disponível em: http://www.cnpma.embrapa.br/novidades/sof_gota.html. Acesso em: 05 jan. 2018.

FARIA JÚNIOR, Cleonir et al. Construção e calibração de um simulador de chuva portátil. Revista Enciclopédia Biosfera, Goiânia, v. 9, n. 17, p. 778–787, 2013. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2. Acesso em: 17 nov. 2021.

HERNANI, Luís et al. A erosão e seu impacto. In: MANZATTO, Celso; FREITAS JUNIOR, Elias; PERES, José. (ed.). Uso agrícola dos solos brasileiros. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2002. p. 47-60. Disponível em: http://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/handle/doc/1124240. Acesso em: 1 abr. 2021.

HUDSON, Norman. Soil conservation. Nova Iorque: Cornell University Press, 1995.

LUK, Shiu Hung; ABRAHAMS, Athol; PARSONS, Anthony. Methodology: a simple rainfall simulator and trickle system for hydro-geomorphological experiments. Physical Geography, [S. l.], v. 7, n. 4, p. 344–356, 1986. Disponível em: https://doi.org/10.1080/02723646.1986.10642303. Acesso em: 8 abr. 2021.

MEHL, Herony et al. Caracterização de padrões de chuvas ocorrentes em Santa Maria (RS). Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 25, n. 2, p. 475–483, 2001. Disponível em: https://doi.org/10.1590/s0100-06832001000200023. Acesso em: 1 abr. 2021.

MHASKE, Sushil; PATHAKA, Khanindra; BASAKB, Arnab. A comprehensive design of rainfall simulator for the assessment of soil erosion in the laboratory. Catena, Amsterdam, v. 172, n. 1, p. 408-420, 2019. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.08.039. Acesso em: 10 abr. 2021.

MILLER, Willian. A solenoid-operated, variable intensity rainfall simulator. Soil Science Society of America Journal, Madison, v. 51, n. 3, p. 832-834, 1987. Disponível em: https://doi.org/10.2136/sssaj1987.03615995005100030048x. Acesso em: 10 abr. 2021.

NUNES, Elizon; CASTRO, Selma. Degradação de fitofisionomias do Cerrado e impactos erosivos hídricos lineares no sudoeste de Goiás – Brasil. Sociedade & Natureza, Uberlândia, v. 33, p. 1-14, 2021. Disponível em: https://seer.ufu.br/index.php/sociedadenatureza/article/view/60606. Acesso em: 24 jan. 2022.

OLIVEIRA, Rubens Alves. Distribuição de gotas por tamanho e perfil de precipitação de um aspersor fixo. 1991. Dissertação (Mestrado em Agronomia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 1991.

SPRAYING SYSTEMS CO. Full cone nozzles: catalogo: 1.630.665.5000. [S. l.: s. n.], 2021. Disponível em: https://www.spray.com.br/Assets/SPRAY/cat76A-AA_metric_Intro.pdf. Acesso em: 12 abr. 2021.

THOMAZ, Edivaldo. The influence of traditional steep land agricultural practices on runoff and soil loss. Agriculture, Ecosystems & Environment, [S. l.], v. 130, n. 1–2, p. 23–30, 2009. Disponível em: https://doi.org/10.1016/J.AGEE.2008.11.009. Acesso em: 22 nov. 2021.

TOSSELL, Robert et al. A portable rainfall simulator. Canadian Agricultural Engineering, Ottawa, v. 29, n. 2, p. 155–162, 1987.

VIDALETTI, Vitória et al. Impact of land cover, slope and precipitation on soil water infiltration. Research. Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 17, p. 1-10, 2021. Disponível em: https://doi.org/10.33448/rsd-v10i17.24562. Acesso em: 10 abr. 2021.

WISCHMEIER, Walter; SMITH, Dwight. Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. Washington, D.C. : United States, 1978. Disponível em: https://naldc.nal.usda.gov/download/CAT79706928/PDF. Acesso em: 2 abr. 2021.

XU, Xianli et al. Analysis of single-ring infiltrometer data for soil hydraulic properties estimation: comarison of best and wu methods. Agricultural Water Management, Amsterdam, v. 107, p. 34–41, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2012.01.004. Acesso em: 9 abr. 2021.

Published

2022-07-03

How to Cite

Confessor, J. G., Carvalho, F., & Rodrigues, S. C. (2022). Development, calibration and validation of a rainfall simulator used in hydro geomorphological studies. Geografia (Londrina), 31(2), 233–248. https://doi.org/10.5433/2447-1747.2022v31n2p233

Issue

Section

Articles