Martinus Theodorus "Rien" van Genuchten (Vught, 13 de fevereiro de 1945) é um físico de solos e hidrólogo neerlandês conhecido por suas pesquisas sobre o fluxo de água e o transporte de solutos em meios porosos não saturados. Seu trabalho teve influência na ciência do solo, na hidrologia da zona vadosa, na hidrologia de águas subterrâneas, no transporte de contaminantes e na modelagem numérica de processos de subsuperfície.
Van Genuchten é particularmente associado ao modelo hidráulico de solos apresentado em seu artigo de 1980, A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils. A formulação, especialmente quando combinada com a teoria de distribuição dos tamanhos dos poros de Yechezkel Mualem, tornou-se conhecida como modelo Mualem–van Genuchten e é amplamente utilizada para descrever a retenção de água no solo e a condutividade hidráulica não saturada.
Também contribuiu para o desenvolvimento e a aplicação de programas analíticos e numéricos destinados à modelagem do movimento da água e de contaminantes, incluindo RETC, CXTFIT, STANMOD e a família de programas HYDRUS. Em 2023, recebeu o Prêmio Wolf de Agronomia por seus trabalhos relacionados ao fluxo de água e à previsão do transporte de contaminantes em solos.
Primeiros anos e formação
Van Genuchten nasceu em 13 de fevereiro de 1945 em Vught, no sul dos Países Baixos. Cresceu em uma pequena propriedade agrícola familiar e foi o terceiro de onze filhos.
Embora seu nome formal seja Martinus Theodorus van Genuchten, tornou-se geralmente conhecido como Rien van Genuchten. Em artigo autobiográfico publicado em 2024, explicou que durante a infância era chamado de "Rini", nome que posteriormente passou a ser abreviado para "Rien".
Ingressou na instituição agrícola de Wageningen, atualmente denominada Wageningen University & Research, no início da década de 1960. Concluiu a graduação em 1968 e estudos de pós-graduação em irrigação e drenagem, obtendo o mestrado em 1971.
Durante seus estudos em Wageningen, passou aproximadamente um ano em Madagáscar, onde trabalhou com irrigação de arroz e medições hidrológicas. Suas primeiras pesquisas também envolveram irrigação por gotejamento e descrições analíticas da distribuição de água nos solos.
Posteriormente mudou-se para os Estados Unidos e ingressou no programa de doutorado da New Mexico State University, sob orientação do físico de solos Peter J. Wierenga. Suas pesquisas concentraram-se no movimento de água e contaminantes através dos solos, incluindo processos de não equilíbrio físico e químico.
Sua tese de doutorado, intitulada Mass Transfer Studies in Sorbing Porous Media, tratou do transporte de solutos e contaminantes em meios porosos, incluindo o movimento de pesticidas e representações por dupla porosidade de processos de transporte em não equilíbrio. Obteve o doutorado em física do solo em 1975.
Carreira
Início da carreira nos Estados Unidos
Próximo à conclusão do doutorado, van Genuchten ingressou no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Princeton, onde trabalhou entre 1975 e 1978. Suas pesquisas incluíram métodos numéricos para o fluxo de água e o transporte de contaminantes em meios porosos com saturação variável.
Em Princeton trabalhou com pesquisadores como George F. Pinder e William G. Gray. Entre os problemas que investigou estava a representação das propriedades hidráulicas de solos não saturados por meio de funções analíticas contínuas, em substituição à interpolação direta de dados experimentais.
Em 1978 mudou-se para Riverside, na Califórnia. Posteriormente passou cerca de três décadas associado ao U.S. Salinity Laboratory, unidade do Agricultural Research Service do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, mantendo também associação acadêmica com a Universidade da Califórnia em Riverside.
Suas pesquisas em Riverside incluíram fluxo de água em meios não saturados, salinidade, transporte de contaminantes, propriedades hidráulicas dos solos, estimativa inversa de parâmetros e modelagem matemática. Mais tarde, atuou como supervisory soil scientist e líder de pesquisa no U.S. Salinity Laboratory.
Durante esse período foram produzidas várias das contribuições teóricas e computacionais pelas quais van Genuchten se tornou conhecido, incluindo suas equações para propriedades hidráulicas dos solos, estudos sobre transporte em condições de não equilíbrio e trabalhos que levaram ao desenvolvimento de diferentes programas analíticos e numéricos.
Atuação internacional e carreira posterior
A carreira de van Genuchten também incluiu atividades de pesquisa e colaborações fora dos Estados Unidos. Realizou períodos de trabalho em Avignon, na França, entre 1985 e 1986, e em Zurique, na Suíça, entre 1995 e 1996, além de períodos mais curtos de colaboração com pesquisadores de outros países.
Em 2008 deixou o U.S. Salinity Laboratory e passou a manter vínculos acadêmicos de longa duração com a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), no Brasil, e com a Universidade de Utrecht, nos Países Baixos.
Na UFRJ, iniciou colaboração com o Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia (COPPE) em 2008, inicialmente no Programa de Engenharia Mecânica. Em 2017 passou a integrar o Programa de Engenharia Nuclear, trabalhando na aplicação da hidrologia de meios porosos a problemas ambientais e de engenharia.
Suas colaborações de pesquisa na UFRJ incluíram estudos sobre materiais radioativos, transporte de contaminantes, disposição de resíduos e fluxo através de rochas carbonáticas.
Van Genuchten também passou a manter vínculo com o Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Utrecht. Seu trabalho na instituição incluiu colaborações em hidrogeologia, processos na escala dos poros, fluxo de fluidos e transporte de solutos. A Universidade de Utrecht o apresenta como pesquisador visitante do grupo de Hidrogeologia Ambiental.
Na época em que recebeu o Prêmio Wolf de Agronomia de 2023, van Genuchten atuava como professor no Departamento de Engenharia Nuclear da UFRJ. A FAPERJ o identificou em fevereiro de 2023 como professor daquele departamento, enquanto a Fundação Wolf registrou formalmente "The Federal University of Rio de Janeiro, Brazil" como sua "afiliação no momento da premiação".
Publicações posteriores de van Genuchten continuaram a registrar vínculos com o Departamento de Engenharia Nuclear da UFRJ e com o Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Utrecht.
Pesquisa
Hidrologia da zona vadosa
Um dos principais focos das pesquisas de van Genuchten é a zona vadosa, porção da subsuperfície situada entre a superfície terrestre e o lençol freático, na qual os poros do solo e das rochas contêm simultaneamente ar e água.
A compreensão do movimento da água e de substâncias químicas nessa região é importante para a agricultura, a recarga de águas subterrâneas, a migração de contaminantes, a irrigação, os processos de inundação e a qualidade da água. Van Genuchten desenvolveu métodos analíticos e numéricos para descrever esses processos em solos e rochas com saturação variável.
Suas pesquisas abrangeram transporte de solutos em equilíbrio e não equilíbrio, fluxo preferencial, sorção de contaminantes, retenção de água no solo, condutividade hidráulica não saturada, estimativa de parâmetros, salinidade, absorção de água pelas raízes e transporte através de solos estruturados e materiais fraturados.
Modelo de van Genuchten
A contribuição teórica mais difundida de van Genuchten é a formulação hidráulica apresentada em seu artigo de 1980, A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils.
A saturação efetiva, , pode ser definida como
em que representa o teor volumétrico de água, o teor de água residual e o teor de água na saturação.
Uma forma amplamente utilizada da função de retenção de água de van Genuchten é
em que corresponde à carga de pressão e , e são parâmetros que determinam a forma da curva de retenção. Na formulação normalmente combinada com o modelo de condutividade de Mualem,
A condutividade hidráulica não saturada correspondente pode ser expressa como
em que corresponde à condutividade hidráulica saturada e é um parâmetro relacionado à conectividade dos poros.
A combinação tornou-se conhecida como modelo Mualem–van Genuchten. Sua forma matemática relativamente simples favoreceu sua incorporação em soluções numéricas das equações não lineares que descrevem o fluxo em meios não saturados.
A European Geosciences Union destacou a ampla utilização dos modelos paramétricos de propriedades hidráulicas desenvolvidos por van Genuchten ao conceder-lhe a Medalha John Dalton em 2010.
Transporte em não equilíbrio e fluxo preferencial
Outra parte importante do trabalho de van Genuchten envolve situações nas quais a água e as substâncias dissolvidas não se deslocam uniformemente pelos materiais porosos.
Sua pesquisa de doutorado incluiu modelos de não equilíbrio físico e químico em colunas de solo, entre eles representações de meios porosos contendo regiões de água móvel e relativamente imóvel.
Posteriormente, van Genuchten contribuiu para o desenvolvimento e a aplicação de abordagens de dupla porosidade e dupla permeabilidade ao transporte de água e solutos. Esses modelos são usados para representar o fluxo preferencial e as trocas entre diferentes regiões dos poros em solos agregados, meios macroporosos e rochas fraturadas.
A Fundação Wolf destacou seus trabalhos sobre os modelos de dupla porosidade e dupla permeabilidade entre suas principais contribuições à física do solo e à hidrologia da zona vadosa.
Modelagem inversa
Van Genuchten esteve também entre os pesquisadores que introduziram métodos de estimativa inversa de parâmetros na hidrologia do solo.
A modelagem inversa permite determinar parâmetros hidráulicos ou de transporte por meio do ajuste de um modelo matemático até que seus resultados reproduzam observações experimentais ou de campo. Van Genuchten e colaboradores aplicaram esses métodos a problemas de fluxo de água e transporte de solutos a partir da década de 1980.
Seus trabalhos posteriores incorporaram procedimentos de estimativa de parâmetros em modelos numéricos de fluxo e transporte. Esses métodos passaram a ser utilizados na interpretação de medições experimentais e na determinação de propriedades hidráulicas e de transporte de solutos.
HYDRUS e outros modelos computacionais
Van Genuchten contribuiu para o desenvolvimento e a aplicação de diferentes gerações de programas analíticos e numéricos voltados ao fluxo de água e ao transporte de solutos.
Entre os programas associados ao seu trabalho estão o RETC, empregado na descrição de propriedades hidráulicas dos solos, e o CXTFIT, utilizado na análise de experimentos de transporte de solutos. Modelos analíticos de transporte foram posteriormente reunidos no STANMOD.
Van Genuchten também colaborou extensivamente com Jiří Šimůnek, Miroslav Šejna e outros pesquisadores no desenvolvimento e na aplicação da família de modelos numéricos HYDRUS.
O HYDRUS é utilizado para simular o fluxo de água, a transferência de calor e o movimento de solutos em meios porosos com saturação variável. Seu desenvolvimento ocorreu ao longo de diferentes gerações de programas e contou com a participação de diversos grupos de pesquisa, e não de um único desenvolvedor.
O Prêmio Internacional Príncipe Sultan Bin Abdulaziz de Água mencionou RETC, CXTFIT, STANMOD e especialmente HYDRUS entre as ferramentas teóricas e computacionais associadas às contribuições de van Genuchten à hidrogeologia, ao conceder-lhe o Prêmio Águas Subterrâneas em 2018.
Versões posteriores do HYDRUS passaram a incorporar processos como absorção de água pelas raízes, reações químicas, transporte em não equilíbrio e sistemas de solutos com múltiplos componentes.
Aplicações