Irrigação por Superfície: Sulcos

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1 Irrigação por Superfície: Sulcos INTRODUÇÃO Sob a definição de irrigação por superfície está incluída os métodos de irrigação que distribuem a água diretamente sobre a superfície do solo, a partir de uma extremidade da cultura e cobrindo a área de forma gradual. A velocidade de avanço desse escoamento depende principalmente da vazão de entrada e das características de infiltração do solo. Outros fatores podem afetar essa taxa de avanço como: declividade da área, rugosidade da superfície do solo, geometria ou forma da seção transversal de escoamento. Os sistemas de irrigação por superfície recebem também o nome de irrigação por gravidade, uma vez que a água é aplicada diretamente sobre a superfície do solo e pelo efeito da gravidade se movimenta e se infiltra no solo. O esquema da Figura 1, apresenta uma propriedade agrícola que possui praticamente todos os tipos de sistemas de irrigação por superfície. Figura 1:Esquema mostrando exemplos de sistemas de irrigação por superfície que podem ser utilizados em uma propriedade agrícola. As primeiras civilizações que se tem conhecimento já praticavam a irrigação por superfície. Nessas irrigações a água era desviada de rios para áreas adjacentes inundáveis, através de barragens ou canais de distribuição. Essas áreas se caracterizavam por terem solos argilosos férteis com pouca declividade. Entretanto, as técnicas existentes atualmente permitiram levar esses métodos para terras altas, com características de solo e topografia bem diferentes das planícies inundáveis. Essas áreas tendem a ter uma maior variabilidade no tipo de solo, apresentando solos bem permeáveis e com pouca fertilidade. Esse fato exige dos projetistas e técnicos uma maior atenção no dimensionamento e no manejo do sistema. Apesar das inovações tecnológicas que surgiram nas últimas décadas, os sistemas de irrigação por superfície apresentam ainda a maior percentagem de área irrigada no mundo e Prof. Roberto Testezlaf 1

2 no Brasil. Este fato se justifica pelas características que esses sistemas apresentam com relação aos outros sistemas pressurizados: A simplicidade operacional permite que boa parte dos agricultores que tenham um mínimo de conhecimento operem e mantenham satisfatoriamente os sistemas; O maior custo inicial na irrigação por superfície está associado ao preparo e ao nivelamento do solo, mas se a topografia não for ondulada, a necessidade de investimento inicial é baixo; A maior parte da energia consumida pelos sistemas de irrigação por superfície vem da gravidade, portanto esses sistemas possuem a potencialidade para baixos consumos de energia; A operação desses sistemas não é afetada pela qualidade de água, possibilitando o aproveitamento de água com baixa qualidade física, química ou biológica; Diferentemente da aspersão esses sistemas podem operar com vento sem problemas; Potencialidade para apresentar boas eficiências de aplicação de água; Não interferem com os tratos fitosanitários da cultura, principalmente, os realizados na área foliar da planta; Adaptabilidade a várias culturas, principalmente o arroz, a maior cultura de subsistência humana. Entretanto, apresentam algumas limitações importantes: O projeto e as práticas de manejo desses sistemas são bem mais complexas para serem definidas e implementadas do que outros sistemas, principalmente porque os desempenhos são afetados pelas altas variações espaciais e temporais das propriedades do solo; Requerem ensaios de campo para se obter parâmetros de projeto; Necessitam de reavaliações de campo para manter boas eficiências de aplicação; A necessidade de utilizar a superfície do solo na condução e distribuição de água requer áreas bem niveladas. Os custos de sistematização dessas áreas podem ser altos, limitando o seu uso para áreas que tenham pouca declividade. Caso contrário, exigem solos sistematizados, ou com algum trabalho de nivelamento superficial; Não são recomendados para solos extremamente permeáveis ou que apresentam altas velocidades de infiltração; Requerem alta demanda de água quando são projetados com baixas eficiências. Esses sistemas tendem a requerer muita mão-de-obra, apesar de não se necessitar de pessoal especializado. Entretanto, para se atingir boas eficiências é preciso utilizar práticas corretas de monitoramento que exigem do agricultor certas habilidades de julgamento. As vezes, os sistemas são projetados de forma que dificultam a aplicação freqüente de pequenas lâminas de irrigação quando necessário. Aliada a essas limitações, a utilização desses métodos por agricultores tendem a se reduzir, devido a falta de uma maior divulgação dos sistemas por técnicos (principalmente Prof. Roberto Testezlaf 2

3 por falta de conhecimento) e pelas críticas que recebem pelos problemas ambientais que podem se originar do manejo incorreto. TIPOS DE SISTEMAS A classificação dos sistemas de irrigação por superfície varia arbitrariamente na literatura técnica. O mesmo sistema pode ser referenciado por diferentes nomes. Apesar da irrigação por superfície incluir uma boa variedade de sistemas, optar-se-á por classificá-los de uma forma geral em: sistemas de irrigação por sulcos, sistemas de irrigação por inundação. Sistemas de irrigação por sulcos: a água é aplicada na área a ser irrigada pela inundação parcial da mesma, acompanhando as linhas da cultura, e escoando por sulcos construídos na superfície do solo. Nesse caso, a água se infiltra durante a sua movimentação na área e também no tempo em que permanecer acumulada na superfície do solo após atingir o final do sulco. O melhor exemplo de cultura que utiliza esse sistema no Brasil, principalmente no estado de São Paulo é a do tomate de mesa. Entretanto, culturas anuais e permanentes como soja e citros, respectivamente, podem também ser irrigadas por esse sistema (Figura 2). Figura 2: Cultura de soja (esquerda) e de citrus (direita) irrigadas por sulcos. Sistemas de irrigação por inundação (tabuleiros ou faixas): a água é aplicada sobre toda a área e se acumula na superfície do solo. Nesse caso, além da água se infiltrar durante a sua movimentação na área, ela pode permanecer acumulada na superfície de forma permanente, no caso da cultura do arroz, ou de forma temporária, no caso de outras culturas. Pela Figura 3 é possível diferenciar a irrigação por inundação da irrigação por sulcos. No caso do arroz, toda área cultivada é preparada para ser inundada por uma lâmina uniforme de água que permanecerá acumulada durante todo o ciclo da cultura. Prof. Roberto Testezlaf 3

4 Figura 3: Exemplos de irrigação por inundação na cultura do arroz. IRRIGAÇÃO POR SULCOS Introdução A irrigação por sulcos consiste na distribuição da água através de pequenos canais ou sulcos paralelos às fileiras das plantas, por onde se movimenta ao longo do declive (Figura 4). Figura 4: Fotografia da realização da irrigação por sulcos. Nesse sistema, a água se infiltra no fundo e nas laterais do sulco (perímetro molhado) se movimentando vertical e horizontalmente no perfil do solo e proporcionando a umidade necessária para o desenvolvimento vegetal. A Figura 5 apresenta um exemplo de esquema de como a água se infiltra e se movimenta no perfil do solo. Prof. Roberto Testezlaf 4

5 Figura 5: Esquema do processo de infiltração e de movimetação da água no sulco. A irrigação por sulcos, como pode ser visto na Figura 4, não molha toda a superfície do solo, molhando normalmente de 30 a 80% da superfície do solo, dependendo do espaçamento entre sulcos e da cultura a ser irrigada. Em conseqüência dessa característica, há uma redução nas perdas por evaporação e também na formação de crostas superficiais em alguns solos. A irrigação por sulcos possibilita ao irrigante manejar as irrigações a fim de atingir boas eficiências, permitindo adequá-la às mudanças que ocorrem no campo durante a safra. Algumas limitações que a irrigação por sulcos apresenta, dificulta a sua utilização pelos agricultores, como: Existência de perdas de água por escoamento superficial no final do sulco; Aumento no potencial de erosão da área; Dificuldade do tráfego de equipamentos e tratores sobre os sulcos; Acúmulo de sais entre sulcos; Aumento do custo inicial devido a construção dos sulcos; Exigência de muita mão-de-obra e de alguma especialização para se operar corretamente o sistema; Dificuldades em se automatizar o sistema, principalmente com relação a aplicar a mesma vazão em cada sulco; Por outro lado, a principal limitação da utilização da irrigação por sulco atualmente é a imagem que o sistema possui de desperdiçar excessivamente os recursos hídricos, o que vem determinando a lacração de moto-bombas de agricultores em bacias com usos conflitantes da água. Parâmetros de Projeto Topografia Esses sistemas exigem topografia adequada, com declive suave e as condições superficiais do terreno uniformes. Caso contrário, requer sistematização do terreno. A declividade na direção da irrigação (para onde a água escoa) pode variar de 0% até 2%, em condições adequadas de vazão e solo. Na direção perpendicular ao escoamento de água, o Prof. Roberto Testezlaf 5

6 declive pode atingir até 10%, desde que, sejam asseguradas medidas que reduzam os riscos de erosão. Tipo de solo A utilização desse sistema em solos com alta capacidade de infiltração (por exemplo, solos arenosos) não é recomendável, devido a elevadas perdas por percolação. Em solos excessivamente impermeáveis, o problema pode ser as perdas excessivas de água por escoamento superficial. Disponibilidade de água Devido as baixas eficiências de aplicação de água utilizadas nos projetos, exigem alta demanda de água. As vazões individuais para cada sulco pode variar geralmente de 0,2 a 2 L/s. A vazão aplicada por sulco é um dos parâmetros mais importantes para se obter uma irrigação eficiente. A vazão utilizada deve ser a máxima possível capaz de não causar erosão. O valor da vazão para um sulco pode ser estimado inicialmente pela equação recomendada pelo SCS-USDA: sendo: q max = qmax = vazão máxima não erosiva (L/s) s = declividade do sulco (%) 0,631 Por exemplo, para uma declividade de 0,5%, a máxima vazão admissível seria de 1,3 L/s. Esta equação superestima o valor da vazão máxima para declividades menores que 0,5% e subestima para valores superiores a essa declividade. O preferível é utilizar o valor estimado pela equação como referência para ensaios de campo, aonde o valor real da vazão deve ser calculado. Como a velocidade de infiltração decresce exponencialmente com o tempo, o ideal seria ter um sistema que permitisse a utilização de vazões decrescentes durante a irrigação para se evitar perdas excessivas. A técnica de vazões reduzidas é uma das formas que se tem para aumentar a eficiência de aplicação de água nesses sistemas. Espaçamento dos Sulcos A velocidade de infiltração claramente influencia a entrada de água no perfil do solo e o desempenho da irrigação nesse tipo de sistema. Através das características de infiltração e dos parâmetros relacionados ao movimento de água no seu perfil, principalmente a condutividade hidráulica, é possível determinar o perfil de umedecimento dos sulcos. Esses perfis se diferenciam em função da textura e da estrutura do solo irrigado. A Figura 6 apresenta uma comparação do perfil de umedecimento ou bulbo molhado em dois tipos de solos. s Prof. Roberto Testezlaf 6

7 Figura 6: Perfil de umidade do sulcos em dois tipos diferentes de solos. A seção molhada em solos mais permeáveis (Solo A) apresenta forma mais alongada e com tendência a ter uma movimentação vertical maior que a horizontal. Sendo que solo menos permeáveis (Solo B), apresentam uma tendência de movimentação lateral (horizontal) maior. Por essa razão, como regra geral, os sulcos podem se mais espaçados em solos argilosos que nos solos arenosos. O espaçamento entre sulcos dependerá além do perfil de umedecimento do solo, da cultura a ser irrigada e do tipo de equipamento que será utilizado nos tratos culturais. O espaçamento entre sulcos deverá ser escolhido de forma a assegurar o movimento lateral de água entre sulcos adjacentes, umedecendo toda a zona radicular da cultura e evitando o umedecimento das áreas abaixo dela (perdas). O espaçamento entre sulcos pode variar entre 0,30 a 1,80 m, com a média ao redor de 1,0 m. Declividade do sulco Geralmente, a declividade do sulco segue a declividade média do terreno, mas pode variar de 0,2 a 3%, não devendo exceder a 2% para se evitar problemas potenciais de erosão. No caso de se utilizar vazões de projeto com valores reduzidos pode-se utilizar valores de declividade em seus limites superiores. Recomenda-se valores de declividades entre 0,2 a 0,5% para solos mais arenosos e entre 0,5 a 1,5 % para solos mais argilosos. Comprimento do sulco Além da vazão, a determinação do comprimento do sulco é um fator essencial para o sucesso da irrigação por sulcos. Um erro no cálculo desse parâmetro pode levar a efeitos indesejáveis para o agricultor. Prof. Roberto Testezlaf 7

8 Se seu valor for superestimado, isso pode causar: Aumento nas perdas por percolação no inicio do sulco; Diminuição significativa na uniformidade de distribuição de água no sulco; Mas, se o seu valor for subestimado, isso pode levar a: Aumento na quantidade de mão-de-obra; Aumento no custo de irrigação; Incremento nas perdas de área de cultivos em função da presença de canais e obras de infra-estrutura; Dificuldades na mecanização da área. O principais fatores que devem ser considerados na determinação do comprimento do sulco são: Tipo do solo: Quanto mais arenoso ou permeável for o solo mais curto deve ser o sulco e, quanto mais argiloso ou impermeável for o solo, mais longo poderá ser o sulco. Declividade: Para um dado valor de vazão, o comprimento do sulco pode aumentar a medida que a declividade aumenta (declividades suaves entre 0,2 a 0,5%). Entretanto para declividades maiores que 0,5%, o comprimento do sulco deve diminuir, a medida que a declividade aumenta, porque a vazão deverá decrescer para se evitar a erosão. Cultura: Como a lâmina bruta de água a ser applicada pela irrigação está relacionada com a capacidade de retenção de água no solo e com a profundidade do sistema radicular da cultura, pode-se utilizar sulcos mais compridos com plantas de sistema radicular profundo em solos argilosos do que plantas com sistema radicular rasos em solos arenosos. Forma e tamanho da área: Para pequenas áreas, o comprimento do sulco deve ser determinado em função das dimensões do terreno. Para grandes áreas, é recomendável que o comprimento seja um sub-múltiplo de umas das dimensões da área, para que se tenha um número inteiro de sulcos com o mesmo comprimento, o que facilita o manejo da irrigação. A determinação do comprimento do sulco mais correto para a área a ser irrigada deve ser realizada mediante ensaios de campo, onde deverá ser avaliado diferentes declividades, vazões e comprimentos de sulco. Uma das recomendações que existe na literatura é a de Criddle et al. (1956) que afirma que o comprimento do sulco deve ser tal que a água deve chegar ao final do sulco em ¼ do tempo de irrigação, ou seja, do tempo necessário para aplicar a lâmina bruta de irrigação. Tipos de sistemas de irrigação por sulcos Os tipos mais comuns de sistemas de irrigação por sulcos que existem no Brasil permite classificá-los com relação a declividade que possuem: em nível ou em declive, e com a forma de disposição no terreno, retos ou em contorno. As Figuras 7 a 9 apresentam exemplos desses tipos de sistemas de sulcos. Prof. Roberto Testezlaf 8

9 Figura 7: Exemplo de sulcos retos em declive. Figura 8: Exemplo de sulcos retos em nível. Figura 9: Exemplo de sulcos em contorno em declive. Existe ainda uma outra classificação de irrigação por sulcos denominada de corrugação. Nesse caso, a água se movimenta sobre a superfície do solo através de pequenos sulcos construídos na direção de maior declividade do terreno. Esse tipo de irrigação se adapta melhor em culturas que não exijam capinas e que tenham alta densidade de plantio, tais como pastagens, forrageiras, etc. Pode ser utilizada também em culturas Prof. Roberto Testezlaf 9

10 cultivadas em linhas contínuas, tais como arroz, trigo, e plantadas em nível. A Figura 10 apresenta uma fotografia da aplicação dessa irrigação na cultura do feijão. Figura 10: Exemplo de irrigação por corrugação na cultura do feijão. Sistemas de distribuição de água em sulcos Na irrigação por sulcos pode-se encontrar geralmente cinco tipos de sistemas de aplicação de água que permitem ao agricultor o controle da vazão aplicada. São eles: canais com sifões, canais com saídas laterais, canais com desvio manual, tubos janelados e tubulações de distribuição enterradas com válvulas de subida. Canais com sifões Neste método de aplicação, canais de terra ou revestidos podem ser utilizados para aplicar a água em sulcos ou em áreas a serem inundadas, através de tubos sifões instalados no lado dos canais (Fig. 11). A água dentro do canal deve ser elevada até uma altura suficiente para criar uma carga hidráulica acima do bocal de entrada do sifão que determinará a sua vazão. Esta elevação pode ser conseguida pela instalação de comportas ou barragens de madeira ou outro material. Os tubos sifões são geralmente feitos de alumínio ou de material termoplástico (PE) e, portanto, são leves e portáteis. Eles estão disponíveis nos diâmetros comerciais destas tubulações. A vazão destes tubos é função da carga ou altura hidráulica disponível. Eles podem trabalhar com a sua saída livre ou afogada. Quando eles trabalham com a saída livre a carga hidráulica é igual a diferença de elevação entre a saída do sifão e o nível da água dentro do canal. Quando eles trabalham afogados a carga hidráulica é igual a diferença de nível entre as superfícies da água dentro e fora do canal. Os tubos sifões precisam ser escorvados para que possam operar. Isto é feito submergindo o tubo na água, deixando-o encher completamente e cobrindo uma das saídas com a mão e então, abaixando o mesmo vagarosamente no lado do canal, sem deixar que a ponta que está submergida saia para fora da água. Quando em uma seção do canal operam-se vários sifões podem ocorrer variações significativas da altura da água dentro do canal, o que pode afetar seriamente as vazões de saída dos sifões. Portanto, a eficiência de irrigação depende da experiência e habilidade do irrigante em manejar a irrigação utilizando tubos sifões. Prof. Roberto Testezlaf 10

11 Figura 11: Irrigante instalando sifões na irrigação por sulcos. A técnica de vazão reduzida pode ser aplicada na irrigação por sulcos com a utilização de tubos sifões. Isto é possível através do controle da carga hidráulica sobre a ponta de entrada (descendo o nível da água no canal através da comporta, ou levantando o sifão) ou iniciando-se a irrigação com dois sifões e após um determinado tempo de irrigação tirar um deles, ou mesmo trocando os sifões para diâmetros menores. Canais com saídas laterais Neste método tubos curtos de aço ou de alumínio são instalados na lateral de canais de alvenaria ou de cimento para aplicar água em sulcos (Fig. 12). Neste caso, a água dentro do canal também deve ser elevada até uma altura suficiente para criar uma carga hidráulica acima da entrada do tubo o que determinará a sua vazão. Esta elevação pode ser conseguida pela instalação de comportas manuais ou automáticas. Figura 12: Foto de um sistema de canais com saídas laterais em operação. Canais com desvio manual Esse é o sistema utilizado por tomaticultores, aonde a água é aplicada em um canal principal que serve vários canais secundários, que distribuem água para os sulcos. Para desviar a água desses canais secundários para os sulcos os irrigantes utilizam-se de uma montagem rústica denominada bandeira. Essa bandeira nada mais é que um pedaço de madeira aonde é afixado um saco plástico de adubo ou de outro agroquímico, que é puxada morro abaixo e permitindo que a água que escoa no canal secundário seja desviada para o sulco, por um tempo suficiente para a água chegar no final do sulco (Figura 13). Prof. Roberto Testezlaf 11

12 Figura 13: Irrigação por sulcos na cultura de tomate, sistema de aplicação de água feito pelo agricultor. Apesar de extremamente prático e de baixo custo, esse sistema não permite nenhum controle sobre a vazão a ser aplicada em cada sulco. E. como toda a distribuição é geralmente feita em canais de solo nu, aonde as perdas por infiltração existem, cada sulco recebe vazões cada vez menores. Tubos janelados Apesar do uso de tubos janelados serem extremamente populares nos Estados Unidos, em função do incremento de eficiência que se obtêm com estes sistemas, o seu uso no Brasil é relativamente baixo, a ponto de poucas empresas se interessarem em produzilos. Tubos janelados são tubos de alumínio, PVC, ou de outro material apropriado que possuem orifícios igualmente espaçados ao longo do seu comprimento e, geralmente, nos dois lados da tubulação, que servem para aplicar a água em sulcos de irrigação (Figura 14). Figura 14: Um sistema de tubos janelados em operação Estes orifícios podem possuir externamente janelas, que com a sua abertura ou fechamento permitem o controle da vazão, ou qualquer outro dispositivo que possibilite variar o volume de água aplicado ao sulco (Fig. 15). Prof. Roberto Testezlaf 12

13 Figura 15: Esquema de um tubo janelado Os tubos janelados são geralmente conectados a tubulações de distribuição de água enterrados e que através de tubos de subida dão acessos à válvulas hidrantes. Estes hidrantes podem ser de saídas simples ou duplas. Atualmente já se encontram em operação nos E.U.A. sistemas de tubos janelados automatizados, utilizando o princípio de fluxo intermitente (Figura 16). Figura 16: Sistemas automáticos de irrigação por sulcos utilizando o princípio de fluxo intermitente. Tubulações de distribuição enterradas com válvulas de subida Este método, que não é utilizado no Brasil, consiste de linhas ou tubulações enterradas de baixa pressão (normalmente de cimento Portland ou cimento amianto) que distribuem água a válvulas conectadas a tubos de subida instaladas ao longo do campo. Na parte superior destes tubos de subida existem orifícios através das quais a água é aplicada para os sulcos ou áreas a serem inundadas (Figura 17). A forma mais simples deste método é simplesmente manter aberto o tubo de subida. Outra forma um pouco mais custosa é de se instalar uma válvula tipo hidrante no tubo de subida. A única preocupação de projeto é de se dimensionar o sistema de forma que a linha hidráulica de energia seja mantida dentro dos tubos de subida, para não haver transbordamento. Tampões podem ser adaptados nas saídas para se evitar este problema. Para se ter controle ou regulagem da vazão é necessário providenciar algum tipo de dispositivo, como uma janela de correr, que permita regular a abertura ou fechamento dos orifícios de saída. Prof. Roberto Testezlaf 13

14 Figura 17: Sistema de irrigação com tubos de subida de concreto e válvulas. Referências BERNARDO, S. Manual de Irrigação. Viçosa. U.F.V. Imprensa Universitária. 488 p JAMES, L.G. Principles of Farm Irrigation System Design.John Wylen & Sons. New York. 543 p OLITTA, A.F.L. Os métodos de irrigação. São Paulo. Nobel. 277 p PRONI. Programa Nacional de Irrigação. Tempo de irrigar: Manual do irrigante. São Paulo. Mater. 160 p Prof. Roberto Testezlaf 14

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