XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 SISTEMA DE ESTIMATIVA E MONITORAMENTO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNICA: SIEM-ET O Vicente de Paulo Rodrigues da Silva, Adelgício Farias Belo Filho, João Hugo Baracuy da Cunha Campos e Renilson Targino Dantas Universidade Federal da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Ciências Atmosféricas Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, Campina Grande, PB, CEP: vicente@dca.ufpb.br RESUMO A computer model was developed to performing reference evapotranspiration (ET o ) according to the Penman-Monteith method. The model offers daily estimate of reference evapotranspiration provided on the availability of climatological data. The software is called Estimate and Monitor System of Reference Evapotranspiration (SIEM-ETo),and was developed using Delphi 5.0. It can run on any Pentium PC, running at 150 MHz or higher with 32 MB RAM under Win 95/Win NT environment. The performance of SIEM-ETo was tested against CROPWAT (A Computer Program for Irrigation Planning and Management). The two models gave similar values of ET o, resulted in a high r 2 value (0.96). The SIEM-ETo will be available in the website: for free use. INTRODUÇÃO O estudo das perdas hídricas torna-se cada vez mais relevante, sobretudo no momento em que a humanidade reconhece na água potável o bem mais precioso no novo milênio. Em solos vegetados e reservatórios de água doce, respectivamente, a evapotranspiração e a evaporação representam uma demanda considerável de água, justificando-se todos os esforços para tentar minimizá-la. A quantificação precisa da evapotranspiração é extremamente importante, pois em projetos de irrigação, conhecendo-se a perda d água, é possível determinar quanto deve-se irrigar. Por outro lado, a transferência do vapor d água para atmosfera originada das superfícies vegetadas, quando considerados apenas aspectos climatológicos, como no caso da evapotranspiração de referência, também é essencial no manejo de culturas irrigadas. SMITH et al. (1996) revisando a metodologia de determinação das necessidades hídricas de culturas, proposta pela FAO, reconheceram a equação de Penman-Monteith como método padrão na determinação da evapotranspiração de culturas e de referência. Nesse estudo, observaram pequenas diferenças quando utilizaram a temperatura de ponto de orvalho ao invés da temperatura mínima média e que esse procedimento elimina a necessidade de medição da umidade relativa. Por outro lado, ALLEN et al. (1989), comparando a evapotranspiração de referência obtida pelos métodos de Penman, Kimberly-Penman, Penman corrigido e Penman- Monteith com medições lisimétricas, observaram que o modelo de Penman-Monteith foi o que melhor se ajustou às medições diárias e mensais. Em maio de 1990 a FAO (Food and Agricultural Organization) reuniu vários pesquisadores de renome internacional para redefinir o conceito e apresentar uma nova metodologia de cálculo da evapotranspiração de referência. A necessidade de implementação de novas estratégias de manejo de água às culturas, evidencia a demanda de modelos em linguagem computacional simples e acessível aos potenciais usuários da irrigação. A automação é uma ferramenta que contribui, sobremaneira, na tomada de decisão da programação das irrigações em condições de campo, em tempo quase que real, estimulando, assim, o uso de microcomputadores e "softwares" no dimensionamento da reposição da água perdida pelas plantas no processo de evapotranspiração (GOMIDE, 1998). Alguns modelos, como AZSCHED (FOX Jr. et al., 1992), CROPWAT (FAO, 1993) e CRIWAR (BOSS, 1996), dentre outros, são utilizados no manejo da irrigação. Entretanto, como são disponibilizados em "ambiente MS- DOS", eles apresentam várias limitações, quando utilizados com propósitos práticos, face às dificuldades operacionais. Neste sentido, o presente trabalho objetiva apresentar um programa computacional de estimativa e monitoramento da evapotranspiração de referência, em ambiente Windows, de fácil interação com o usuário e de grande aplicabilidade em diversas áreas do conhecimento, tais como: engenharia de irrigação, agronomia, meteorologia, agrometeorologia, hidrologia, etc., além de ser útil para consultores em irrigação e permitir sua utilização com propósitos acadêmicos.

2 MATERIAL E MÉTODOS O programa computacional denominado de Sistema de Estimativa da Evapotranspiração de Referência (SIEM-ET O ) foi desenvolvido de acordo com o estabelecido pela FAO (Food and Agriculture Organization), no que se refere ao novo entendimento da cultura de referência e a fórmula de cálculo da evapotranspiração de referência (ET 0 ). A base de elaboração do software foi o modelo de Penman-Monteith e para a determinação das variáveis não disponíveis, porém indispensáveis no modelo, foram utilizadas as parametrizações apresentadas no Boletim 56/FAO. O software SIEM-ET O, que constitui-se numa ferramenta confiável, eficiente e segura no cálculo da evapotranspiração de referência, foi desenvolvido em linguagem computacional Delphi, versão 5.1. Ele pode instalado e operado em microcomputadores Pentiun, com no mínimo 150 MHz e 32 MB RAM, em ambientes Win 95, ou superior, e Win NT. Através da barra de menu, o usuário poderá selecionar as opções de monitorar diariamente a ET 0 das estações meteorológicas selecionadas, consultar simplesmente o valor da ET 0 ou de qualquer outra variável envolvida no programa. Os valores de ET 0 obtidos pelo SIEM-ET O foram comparados com os do software CROPWAT, utilizando-se os dados da estação climatológica da Embrapa Algodão, localizada em Campina Grande, PB. Os dados foram os seguintes: insolação diária, temperaturas máxima e mínima do ar, velocidade do vento e umidade relativa do ar, referentes ao mês de janeiro de 2001, assim como, as coordenadas locais (latitude, longitude e altitude) de Campina Grande, PB. A evapotranspiração de referência diária (ET 0 ) foi obtida pelo modelo Penman-Monteith/FAO, considerando-se a resistência estomática de 70 s/m e a altura da grama fixada em 0,12m, pela equação (ALLEN et al., 1994a,b): ET 0 = 900 U 0,408 (R - G) 2 n + γ ( es ea) T γ (1 + 0,34 U 2 ) em que R n (saldo de radiação) e G (densidade do fluxo de calor no solo) são expressas em MJm -2 dia -1, é a declinação da curva de saturação do vapor da água (KPa ºC -1 ) e U 2 é a velocidade do vento (média diária), a 2m acima da superfície do solo, T é a temperatura do ar (ºC), e s é a pressão de saturação do vapor (KPa), e a é a pressão real do vapor (KPa) e γ é o fator psicométrica (MJkg -1 ). Para períodos diários G torna-se aproximadamente igual a zero (ALLEN et al., 1994a). RESULTADOS E DISCUSSÃO Algumas telas do programa Sistema de Estimativa e Monitoramento da Evapotranspiração de Referência (SIEM-ET o ) são apresentadas nas Figuras de 1 a 5. A Figura 1 exibe a visão geral do programa, com a barra de menu principal, localizada no topo da tela, indicando as principais funções, ou seja, Arquivo, Editar, Elementos do Programa, Ajuda e Sair. A caixa de diálogo dados climatológicos disponíveis (Figura 2) oferece ao usuário a opção de calcular ET 0 em função dos dados climatológicos disponíveis. A ET o pode ser obtida através da entrada direta dos dados climatológicos na caixas de diálogos de monitoramento ou de simples consulta; e, ainda, com base na opção de importar dados, do menu Arquivo. A utilização dessa última opção somente é possível quando os dados climatológicas tenham sido gravados em arquivo de planilha eletrônica ou para extração de dados armazenados em datalogger. Através do SIEM-ET O o usuário é capaz de calcular ET 0 desde a opção mais simples, ou seja, com base nas temperaturas máxima e mínima, insolação e velocidade do vento, até a mais complexa, como a com base na temperatura média do ar, umidade relativa, saldo de radiação e velocidade do vento. Na opção de monitoramento, conforme os dados disponíveis, o usuário entra diretamente com os valores das variáveis e o código da estação climatológica previamente cadastrada. A Figura 3 exibe a caixa de diálogo da opção de cálculo de ET o mais simples, ou seja, sendo os dados de entrada as temperaturas máxima e mínima, insolação e velocidade do vento. Nessa opção, entretanto, é necessário cadastrar previamente a estação climatológica, com o código, o nome e as coordenadas geográficas do local (Figura 4). A saída dos valores de ET o, assim como alguns dados de entrada no software, para visualização ou impressão é exibida na Figura 5. (1) 2236

3 Figura 1- Apresentação da tela principal do programa SIEM-ET o Figura 2 - Caixa de diálogo para o cálculo de ET o em função dos dados climatológicas disponíveis 2237

4 Figura 3 - Caixa de diálogo para a entrada de dados climatológicos Figura 4 - Cadastramento de estação climatológica 2238

5 Figura 5 - Saída dos valores de ET o para visualização ou impressão De acordo com as Figuras 6 e 7 o software Sistema de Estimativa e Monitoramento da Evapotranspiração de Referência (SIEM-ET o ) apresentou estimativas semelhantes com as do software CROPWAT (A Computer Program for Irrigation Planning and Management. As eventuais diferenças entre os valores de ET 0, estimados pelos dois programas computacionais, são atribuídas ao fato que o CROPWAT oferece estimativas mensais, sempre com base no dia 15 de cada mês, e o SIEM-ET o estimativas diárias. A relação entre os valores de ET o obtidos com base nos dois softwares, utilizando-se os dados da estação climatológica da Embrapa Algodão, referente ao mês de janeiro de 2001, é apresenta na Figura 1. Os valores de ET o obtidos pelo software SIEM-ET o se ajustam muito bem com aqueles do CROPWAT, apresentando coeficiente de determinação de 0,96. A comparação do software elaborado por GEORGE et al. (2000) para o planejamento de irrigação com CROPWAT apresentou valores similares da umidade do solo, com coeficiente de determinação de 0,98. A comparação mais detalhada entre os softwares é exibida na Figura 2, onde é apresentada a evolução diária da ET o obtida pelo SIEM-ET o e CROPWAT. Observa-se que apesar do método de cálculo seja o mesmo (Penman-Monteith), os dois programas apresentaram valores da evapotranspiração de referência levemente diferentes. Essa figura evidencia ainda que os valores de ET 0 obtidos pelo SIEM-ET o subestima aqueles obtidos pelo CROPWAT, em todo o período estudado, com valores aproximadamente iguais em torno do dia quinze do mês. Essa diferença é atribuída ao fato que o CROPWAT estima a ET 0 com base na declinação do sol do 15 de cada mês, enquanto o SIEM-ET o utiliza a declinação do sol do dia para o qual está sendo calculado ET o. Esses resultados indicam que o software SIEM-ET o, além de ser interativo com usuário, possibilita estimativas confiáveis e contínuas da evapotranspiração de referência. E, ainda, é possível estimar a ET o utilizando-se a temperatura mínima em substituição à umidade relativa, no cálculo da pressão real de vapor. Procedimento semelhante foi utilizado por SMITH et al. (1996) que, revisando a metodologia de determinação das necessidades hídricas de culturas, reconheceram a equação de Penman-Monteith como método padrão na determinação da evapotranspiração de culturas e de referência. Essa opção do software deve ser vista com cautela, porque em regiões áridas e semi-áridas o ar não condensa à temperatura mínima. Nessas circunstâncias a temperatura do ponto de orvalho não se aproxima da temperatura mínima do dia, o que pode conduzir a erros apreciáveis no cálculo da evapotranspiração de referência. 2239

6 7,0 6,0 y = 1,0181x + 0,0661 R 2 = 0,9598 CROPWAT (mm/dia) 5,0 4,0 3,0 2,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 SIEM-ETo (mm/dia) Figura 6 - Comparação entre os Softwares CROPWAT e SIEM-ET O na estimativa da ET 0 com base nos dados da estação climatológica de Campina Grande, PB, referentes ao mês de janeiro de ,0 6,0 5,0 ETo (mm/dia) 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 ETo (CROPWAT) ETo (SIEM-ETo) Dias do mês Figura 7 - Comportamento da ET 0 em Campina Grande, PB, durante o mês de janeiro de 2001, através dos programas CROPWAT e SIEM-ET o 2240

7 CONCLUSÕES O software Sistema de Estimativa e Monitoramento da Evapotranspiração de Referência possibilita estimativas confiáveis e contínuas da ET 0 e pode ser utilizado no monitoramento local e regional da evapotranspiração potencial em escala diária. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, R.G.; JENSEN, M.E.; WRIGHT, J.L. Operational Estimates of Reference Evapotranspiration. Agronomy Journal, Madison, v. 81, n.4, p , ALLEN, R.G.; SMITH, M.; PEREIRA, L.S.; et al. An update for the calculation of reference evapotranspiration. ICID Bulletin, New Delhi, v. 43, n. 2, p , 1994a. ALLEN, R.G.; SMITH, M.; PERIER, A.; et al. An Update for the definition of reference evapotranspiration. ICID Bulletin, New Delhi, v. 43 n. 2, p. 1-31, 1994b. BOSS, M.G.; VOS, J.; FEDDES, R. A CRIWAR 2.0: A simulation model crop irrigation water requirement. Wageningen: ILRI, 1996, 117p. (ILRI Publication, 46). FAO (Roma, Itália). CROPWAT: Programa de ordenador para planificar y manejar el riego. Roma, 1993 (Estudio FAO Riego y Drenage, 46). FOX JR., F.A; SCHERER, T.; SLACK, D.C..; CLARK, L.J. Arizona irrigation scheduling - AZSCHED Users manual. The University of Arizona - Cooperative Extension - Agricultural and Biosystems Engineering. GEORGE, B.A; SHENDE, S.A.; RAGHUWANSHI, N.S. Development and testing of na irrigation scheduling model. Agricultural Water Management, v.46, p , 200. GOMIDE, R.L. Monitoramento para manejo de irrigação: Instrumentação, automação e métodos. In: FARIA, M.S.; SILVA, É,L.; VILELA, L.A.A.; SILVA, A.M. (ed.). Manejo de irrigação. Poços de Caldas: DE/UFLA, Cap 2, p SMITH, M.; ALLEN, R. G.; PEREIRA, L. Revised FAO methodology for crop water requirements. In: Evapotranspiration and irrigation scheduling, Proceedings of the International Conference, American Society of Agricultural Engineers the Irrigation Association, november, 3-6, San Antonio, Texas, p ,