Lógica fuzzy aplicada à modelagem da transferência de água em solos

• Ano de defesa: 2009
• Autor(a) principal: AFONSO, Antônio Cláudio Marques
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Lógica fuzzy; Modelos baseados em regras fuzzy; Modelo de Mamdani; Fluxo não saturado
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/9849

A modelagem do movimento da água na região não saturada do solo requer normalmente um grande número de parâmetros e variáveis, tais como a umidade volumétrica inicial, a umidade volumétrica saturada e a condutividade hidráulica saturada, que podem sem avaliadas de forma relativamente simples. Outras funções como o potencial matricial e a condutividade hidráulica relativa, que são funções não lineares da atual umidade volumétrica, são mais trabalhosas de determinar. O fluxo monodimensional da água na região não saturada é normalmente modelado por meio de uma equação diferencial parcial não-linear, conhecida como a equação de Richards. Desde que essa equação não possa ser resolvida analiticamente em alguns casos especiais, uma maneira de aproximar sua solução é através de algoritmos numéricos. O sucesso dos modelos numéricos em descrever a dinâmica da água no solo está intimamente relacionado com a precisão com que os parâmetros físico-hídricos são determinados. Este tem sido o grande desafio no uso dos modelos numéricos, pois em geral, tais parâmetros são difíceis de determinar e apresentam uma grande variabilidade espacial no solo. Portanto, fazem-se necessários o desenvolvimento e a utilização de metodologias que incorporem, de uma maneira apropriada, as incertezas intrínsecas ao deslocamento da água nos solos. Neste trabalho, modelos fuzzy são usados como uma solução alternativa para descrever o fluxo de água na zona não saturada do solo. Dois modelos baseados na lógica fuzzy, desenvolvidos para simular o processo de redistribuição da água no solo, são apresentados. O princípio desses modelos consiste de um sistema baseado em regras fuzzy do tipo Mamdani. O conjunto de treinamento foi obtido pela solução numérica da equação de Richards através do método das diferenças finitas (MDF) e foi utilizado para criar dois modelos baseados em regras fuzzy. Aqui as regras se baseiam no teor de umidade das camadas adjacentes do solo. Dentre as vantagens do modelo fuzzy desenvolvido neste trabalho, estão a sua simplicidade e o seu baixo custo computacional. O desempenho dos resultados modelados pelo sistema fuzzy são avaliados através da evolução dos perfis de umidade ao longo do tempo comparados com os obtidos através da simulação numérica da equação de Richards, sob duas condições distintas de fronteira inferior e para três solos com diferentes características hidrodinâmicas. Os resultados obtidos pelo uso dos modelos fuzzy apresentaram uma satisfatória reprodução dos valores quando comparados com a solução numérica. Cada um destes modelos estava devidamente ajustado para cada caso estudado neste trabalho. Este fato ratificou a possibilidade de que é perfeitamente possível modelar outros casos a partir do uso da lógica fuzzy, adotando a mesma metodologia proposta e aplicada neste trabalho