IT AGRICULTURA IRRIGADA. 2 - Agrometeorologia

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1 2 - Agrometeorologia aplicada à irrigação

2 2.1 - Introdução Irrigação fornecimento de água às culturas Condições climáticas Disponibilidade de água no solo - viabiliza a exploração agrícola em climas semiáridos, em climas com período de secas regulares e com secas esporádicas (veranico)

3 - Condição meteorológica principal fator condicionante da demanda atmosférica por vapor - estimativa da necessidade hídrica das culturas - quantidade de água a ser aplicada - fundamentais para o planejamento (dimensionamento de projetos) e manejo (quando e quanto irrigar)

4 - 70% da água consumida - evitar o desperdício é fundamental - racionalização do uso da água energia e m.d.o. - aumento da rentabilidade da cultura a ser explorada

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6 - Nesta última década - aumento da conscientização para a preservação dos recursos naturais - popularização das estações climatológicas aumentaram os métodos de estimativa da ETo maior exigência de conhecimentos básicos de agrometeorologia pelos técnicos

7 2.2 - Participação da energia radiante em superfícies vegetadas e evapotranspiração Radiação solar fonte de energia primária de todos os processos físicos naturais evapotranspiração (evaporação + transpiração) radiação solar é o principal condicionador

8 - a ordem deste processo dependerá da energia disponível. - O espectro de distribuição da radiação solar que chega na superfície terrestre é constituído predominantemente de ondas curtas

9 Princípios envolvidos na determinação do balanço de energia radiante

10 Q o radiação que chega no limite externo da atmosfera Q d irradiância direta Q c irradiância difusa Q g irradiância solar global Q sup irradiância emitida pela superfície Q atm irradiância emitida pela atmosfera (contra-radiação atmosférica) As duas últimas dependem das suas temperaturas e de seus poderes emissores.

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12 - A cada instante, haverá um balanço de radiação denominado de Rn: Rn = ROC + ROL - Adotando-se valores positivos para os fluxos que entram no sistema e negativos para os que saem:

13 ROC = Q - rq g g = Q g (1 r) ROL = Q atm - Q sup Rn = ROC + ROL = Q (1 r) + Q - g atm Q sup - Rn saldo de radiação ou radiação líquida

14 Superfície água 0,05 Areia seca 0,35 0,45 Areia úmida 0,20 0,30 Solo claro 0,25 0,45 Solo escuro 0,05 0,15 Animal pêlo preto 0,10 Gramado 0,20 0,30 Algodão 0,20 0,22 Alface 0,22 Milho 0,16 0,23 Arroz 0,12 Batata 0,20 Trigo 0,24 Feijão 0,24 Tomate 0,23 Abacaxi 0,15 Sorgo 0,20 videira 0,18 r

15 - Normalmente Rn assume valores positivos durante o dia e negativo à noite (ROC = 0 e Q sup > Q atm ). No balanço diário, Rn é positivo e representa cerca de 40 60% do total de energia que chega à superfície.

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17 - A medida do Rn pode ser feita utilizando um equipamento denominado saldo-radiômetro. Na ausência deste equipamento, Rn pode ser estimado conforme as equações:

18 ROC = Qg(1 r) Qg = Qo + [ a b(n /N)] Para Piracicaba-SP: - a=0,17 e b=0,22 (10 a 03) - a=0,15 e b=0,12 (04 a 09) - em que a e b = coeficientes empíricos, específicos para cada localidade; N = número máximo de horas com brilho solar (fotoperíodo); n = insolação.

19 ROC Qg(1 r) = Para Piracicaba-SP: Rs = a + b n Ra N - a=0,17 e b=0,22 (10 a 03) - a=0,15 e b=0,12 (04 a 09) - em que a e b = coeficientes empíricos, específicos para cada localidade; N = número máximo de horas com brilho solar (fotoperíodo); n = insolação.

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22 Mês a b R 2 R s calculada Rs medida Janeiro 0,299 ± 0,031 0,430 ± 0,043 0,865 22,44 ± 1,09 22,09 ± 1,28 Fevereiro 0,266 ± 0,029 0,480 ± 0,048 0,834 22,51 ± 1,08 22,39 ± 1,08 Março 0,289 ± 0,036 0,427 ± 0,036 0,879 19,11 ± 0,91 19,17 ± 1,05 Abril 0,279 ± 0,027 0,397 ± 0,057 0,879 16,14 ± 0,66 16,04 ± 0,74 Maio 0,264 ± 0,043 0,441 ± 0,061 0,885 14,01 ± 0,66 13,75 ± 0,82 Junho 0,281 ± 0,038 0,428 ± 0,072 0,886 13,26 ± 0,48 13,71 ± 0,71 Julho 0,246 ± 0,070 0,455 ± 0,084 0,922 13,58 ± 0,61 13,48 ± 0,73 Agosto 0,232 ± 0,070 0,470 ± 0,085 0,888 15,02 ± 0,80 15,20 ± 0,77 Setembro 0,277 ± 0,054 0,468 ± 0,057 0,868 17,61 ± 1,04 16,83 ± 1,31 Outubro 0,277 ± 0,044 0,504 ± 0,045 0,881 20,94 ± 1,09 20,38 ± 1,13 Novembro 0,269 ± 0,035 0,489 ± 0,048 0,875 20,37 ± 1,07 19,54 ± 1,29 Dezembro 0,294 ± 0,047 0,495 ± 0,050 0,861 21,46 ± 1,15 21,67 ± 1,37 Anual 0,295 ± 0,038 0,417 ± 0,043 0,812 18,12 ± 0,33 18,19 ± 0,79 Geral 0,282 0,433 0,820 17,99 ± 0,29 18,05 ± 0,35

23 - o número máximo possível de horas de insolação para um dado local (N) : = 24 N ω π s - Na ausência de coeficientes medidos para uma dada região, pode-se utilizar a relação: [ 0,29 cos( ϕ) 0,52(n /N)] Qg = Qo + em que ϕ é a latitude do local, decimais. expressa em graus

24 Q o ( ω senϕ senδ + cosϕ cosδ sin ) = 37,586 dr s s s ωs em que d r = distância relativa Terra-Sol [rad]; ω s = ângulo horário do pôr-do-sol [rad]; ϕ = latitude do lugar [rad]; e δ s = declinação solar [rad].

25 A determinação de d r é feita de acordo com a equação: d r 2 π = 1+ 0,033 cos J 365 em que J é o número do dia do ano.

26 Para valores mensais, J pode ser determinado como: J = inteiro (30,42 M 15,23) em que M é o número do mês. ω s = arccos ( tanϕ tanδ ) s OBS: Na equação anterior, para o Hemisfério Norte a latitude tem sinal positivo e, para o Hemisfério Sul, tem sinal negativo.

27 A declinação solar é determinada pela equação: 2π δs = 0,4093 sen J 1, O valor de Q o pode também ser obtido pela tabela:

28 Meses 0º 10º 20º 30º 40º 50º Jan 15 16,4 17,3 17,8 17,9 17,5 Fev 15,5 16,3 16,5 16,4 15,7 14,7 Mar 15,7 15, ,5 10,9 Abr 15,3 14, ,3 9,2 7 Mai 14,4 12,8 11 8,9 6,6 4,2 Jun 13, ,9 5,3 3,1 Jul 14,1 12,4 10,4 8,1 5,9 3,5 Ago 14,8 13, ,1 7,9 5,5 Set 15,3 14,8 13,9 12,7 11 8,9 Out 15,4 15,9 15,8 15,3 14,2 12,9 Nov 15,1 16, ,3 16,9 16,5 Dez 14,8 16,2 17,4 18,1 18,3 18,2

29 ROL = 0,9 n N + 0,1 ( ) ( ) 1 0,34 0,14 e σ T 4 T 4 2 d + kx kn em que σ = constante de Stefan Boltzmann [4,903 x 10-9 MJ m 2 K -4 d -1 ]; T kx = temperatura máxima diária [K]; T kn = temperatura mínima diária [K]; e e d = pressão parcial de vapor (kpa).

30 e d = e a UR 100 em que e a = pressão de vapor de saturação (kpa); e UR = umidade relativa. e a = 0,6108 exp 17,27 T T + 237,3

31 É justamente essa energia absorvida pelo ambiente, denominada saldo de radiação (Rn), a principal responsável pelo processo evapotranspirométrico em áreas irrigadas. Analisando a partição do saldo de radiação, pode-se concluir que a diferença entre a energia que entra e a energia que sai de um sistema (Rn) é a energia captada ou utilizada por ele.

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33 Analisando a Figura, conclui-se que: Rn H + LE + G em que H = fluxo convectivo de calor sensível (aquecimento do ar e das plantas); LE = fluxo convectivo de calor latente (evapotranspiração); e G = fluxo de calor no solo (aquecimento do solo).

34 Em uma superfície vegetada bem suprida de água e sem a advecção do calor sensível de áreas adjacentes, a maior parte da energia disponível será utilizada no processo de evapotranspiração 70 a 80% de Rn, sendo o restante distribuído entre o aquecimento do ar, do solo e das plantas. LE Assim: 0,7 < < 0, 8 Rn Analisemos a Figura:

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36 2.3 - Evapotranspiração (terminologia e conceitos) Condições básicas: existência de uma fonte de energia que pode ser a radiação solar, calor sensível da atmosfera ou da superfície evaporante. existência de um gradiente de concentração de vapor.

37 Fatores intervenientes no processo: Temperatura da superfície Temperatura e umidade do ar. Aumentando a temperatura do ar, e s aumenta, diminuindo a umidade relativa (efeito indireto). - Portanto, quanto > temperatura > e s (maior a capacidade do ar conter água) e menor UR. Vento

38 Evaporação Processo físico no qual a água na fase líquida é convertida em vapor, e removida da superfície evaporante Para a evaporação de 1kg de água (20 0 C) são necessários 2,45MJ.

39 Transpiração Processo pelo qual ocorre perda de água, na forma de vapor, pelas plantas. Predominantemente através das folhas, a partir das paredes celulares (estômatos). A água é conduzida até as folhas pelo sistema condutor, obedecendo um gradiente de potencial.

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41 Evapotranspiração Processo simultâneo de transferência de água para atmosfera, por evaporação da água do solo e por transpiração das plantas. A partição entre evaporação e transpiração irá depender da radiação solar que atinge a superfície e também da cobertura vegetal (espaçamento e área foliar).

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43 Evapotranspiração Evapotranspiração de referência (ETo) É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma superfície de referência, definida como: extensa superfície vegetada com grama (8 a 15 cm de altura), em crescimento ativo, cobrindo toda a extensão da área e bem suprida de água.

44 Evapotranspiração Evapotranspiração de cultura (Etc ou ETm) É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura em qualquer fase de seu desenvolvimento, desde a semeadura/plantio até a maturação, sem a atuação de fatores que possam comprometer o seu desenvolvimento.

45 Evapotranspiração ETc = ETo * kc É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura em qualquer fase de seu desenvolvimento, desde a semeadura/plantio até a maturação, sem a atuação de fatores que possam comprometer o seu desenvolvimento.

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47 Evapotranspiração Evapotranspiração de cultura ajustado (ETc adj) É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura sem que a mesma esteja sob condições padrões.

48 Evapotranspiração ETc adj = ETo * kc * ks É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura sem que a mesma esteja sob condições padrões.

49 ks = ln((ua PM) + 1,0) ln((cc PM) + 1,0)

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52 Fatores que afetam a evapotranspiração Fatores climáticos (Rn, T, UR, U) Fator planta (espécie, albedo, IAF, altura, prof. raiz) Fatores de manejo e solo (espaçamento/densidade de plantio, tipo de solo, disponibilidade de água, impedimentos físico/químico)

53 Medida da evapotranspiração Métodos diretos Lisímetros Parcelas experimentais Métodos indiretos Evaporímetros Fórmulas matemáticas

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56 35,0 30,0 25,0 Massa = 1794,6 mv ,1 R 2 = 0,9991 Mas ssa (kg) 20,0 15,0 10,0 carregando 5,0 descarregando 0,0 0,730 0,735 0,740 0,745 0,750 0,755 0,760 Leituras da balança (mv)

57 Massa (kg) :00 7:55 9:50 11:45 13:40 15:36 17:31 19:26 hora do dia Massa (kg) Dados com drenagem Dados sem drenagem 6:00 7:55 9:50 11:45 13:40 15:36 17:31 19:26 hora do dia

58 Exemplo de aplicação Em um determinado lisímetro de área 1,2 m 2 e 1,0 m de profundidade, houve uma variação de umidade de 0,3420 cm 3 cm -3 para 0,3012 cm 3 cm -3, num período de 10 dias. Neste mesmo intervalo, houve duas irrigações de 25,0 mm, uma precipitação de 9,2 mm e uma drenagem de 23 L. Determinar a evapotranspiração da cultura no período e o correspondente coeficiente cultural, sabendo que a ETo foi de 8,2 mm dia -1.

59 Métodos indiretos Evaporímetros Tanque Classe A ETo = EV * kp Área de 1,15 m 2, instalado sobre a superfície, em um estrado de madeira Facilidade de manuseio, mas grande dependência de fatores meteorológicos (radiação e vento)

60 (a) Tanque Classe A; (b) Colorado; (c) 20 m 2 ; (d) GGI3000

61 Velocidade do Vento (km d -1 ) Leve < 175 Moderado Forte Muito forte > 700 Posição do tanque R (m) Exposição A Tanque circundado por grama Exposição A Tanque circundado por solo nu IT-1101 UR média(%) - AGRICULTURA IRRIGADA UR média(%) Baixa < 40% Média 40-70% Alta > 70% Baixa < 40% Média 40-70% Alta > 70% 1 0,55 0,65 0,75 0,70 0,80 0, ,65 0,75 0,85 0,60 0,70 0, ,70 0,80 0,85 0,55 0,65 0, ,75 0,85 0,85 0,50 0,60 0,70 1 0,50 0,60 0,65 0,65 0,75 0, ,60 0,70 0,75 0,55 0,65 0, ,65 0,75 0,80 0,50 0,60 0, ,70 0,80 0,80 0,45 0,55 0,60 1 0,45 0,50 0,60 0,60 0,65 0, ,55 0,60 0,65 0,50 0,55 0, ,60 0,65 0,75 0,45 0,50 0, ,65 0,70 0,75 0,40 0,45 0,55 1 0,40 0,45 0,50 0,50 0,60 0, ,45 0,55 0,60 0,45 0,50 0, ,50 0,60 0,65 0,40 0,45 0, ,55 0,60 0,65 0,35 0,40 0,45

62 Métodos indiretos Fórmulas matemáticas - Hargreaves ETo = 0,0023 Qo ( T + 17,8 ) Tmax Tmin -Penman-Monteith - FAO ( G) ET δ Rn γ 900 o = + U r r T 273, c λ 1 c + δ + γ + δ + γ + ra ra DPV

63 δ = declividade da curva de pressão de vapor de saturação [kpa ºC -1 ]; λ = calor latente de evaporação [MJ kg -1 ]. r c = resistência do dossel da planta [s m -1 ]; r -1 a = resistência aerodinâmica [s m ]; R n = saldo de radiação à superfície [kj m -2 s -1 ]; G = fluxo de calor no solo [kj m -2 s -1 ]; γ = constante psicrométrica [kpa ºC -1 ]; T = temperatura média do ar [ o C]; U 2 = velocidade do vento a 2 m de altura [m s -1 ]; DPV = déficit de pressão de vapor [kpa]; e 900 = fator de transformação de unidades [kj -1 kg K].

64 - Declividade da curva de pressão de vapor (δ): δ = 4098 e (T + a 237,3) 2 - Calor latente de evaporação (λ) : λ = 2,501 2, T

65 - Constante psicrométrica (γ): γ = 0, P λ - em que P [kpa] é pressão atmosférica à altitude Z [m], calculada pela equação: P = 101, , Z 5,25

66 - Pressão parcial de vapor (e d ): e d = e a UR Déficit de pressão de vapor (DPV) : DPV = e a e d

67 -Velocidade do vento (U 2 ): U = 4,868 67,75 z 5,42 2 U z ln -Fluxo de calor no solo (G): G = 0,38 ( ) T n T n 1

68 -Resistência do dossel da planta: Considerando a grama como cultura de referência, o valor de r c foi parametrizado para uma altura da cultura de 0,12 m. Dessa forma, seu valor é 69 s m -1. -Resistência aerodinâmica: r a = 208 U 2

69 2.4 Balanço hídrico climatológico (Sentelhas e Angelocci - ESALQ/USP) O balanço hídrico nada mais é do que o cômputo das entradas e saídas de água de um sistema. Várias escalas espaciais podem ser consideradas para se contabilizar o balanço hídrico. Na escala macro, o balanço hídrico é o próprio ciclo hidrológico, cuja resultado nos fornecerá a água disponível no sistema (no solo, rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ou seja na biosfera.

70 Prec. ET Micro-bacia Hidrográfica Q Em uma escala intermediária, representada por uma micro-bacia hidrográfica, o balanço hídrico resulta na vazão de água desse sistema. Para períodos em que a chuva é menor do que a demanda atmosférica por vapor d água, a vazão (Q) diminui, ao passo em que nos períodos em que a chuva supera a demanda, Q aumenta. Na escala local, no caso de uma cultura, o balanço hídrico tem por objetivo estabelecer a variação de armazenamento e, conseqüentemente, a disponibilidade de água no solo. Conhecendo-se qual a umidade do solo ou quanto de água este armazena é possível se determinar se a cultura está sofrendo deficiência hídrica, a qual está intimamente ligada aos níveis de rendimento dessa lavoura. Prec. ET

71 Componentes do balanço hídrico para condições naturais P ET O Ri Ro DLi ARM DLo AC DP Considerando-se um volume controle de solo, o BH apresenta os seguintes componentes, descritos a seguir.

72 Entradas P = chuva O = orvalho Ri = escoamento superficial DLi = escoamento sub-superficial AC = ascensão capilar Saídas ET = evapotranspiração Ro = escoamento superficial DLo = escoamento sub-superficial DP = drenagem profunda Equacionando-se as entradas (+) e as saídas (-) de água do sistema, tem-se a variação de armazenamento de água no solo ARM = P + O + Ri + DLi + AC ET Ro DLo DP A chuva representa a principal entrada de água em um sistema, ao passo que a contribuição do orvalho só assume papel importante em regiões muito áridas, sendo assim desprezível. As entradas de água pela ascensão capilar também são muito pequenas e somente ocorrem em locais com lençol freático superficial e em períodos muito secos. Mesmo assim, a contribuição dessa variável é pequena, sendo também desprezível. Já os fluxos horizontais de água (Ri, Ro, DLi e DLo), para áreas homogêneas, se compensam, portanto, se anulam. A ET é a principal saída de água do sistema, especialmente nos períodos secos, ao passo que DP constitui-se em outra via de saída de água do volume controle de solo nos períodos excessivamente chuvosos.

73 Sendo assim, pode-se considerar que Ri Ro, DLi DLo, O e AC desprezíveis, o que resulta na seguinte equação geral do balanço hídrico: ARM = P ET DP Por meio dessa equação, pode-se determinar a variação da disponibilidade de água no solo. Caso se conheça a capacidade de água disponível (CAD) desse solo, pode-se determinar também a quantidade de água armazenada por ele. Uma das formas de se contabilizar o balanço de água no solo é por meio do método proposto por Thornthwaite e Mather (1955), denominado de Balanço Hídrico Climatológico, no qual a partir dos dados de P, de ETP e da CAD, chega-se aos valores de disponibilidade de água no solo (Armazenamento = ARM), de alteração do armazenamento de água do solo (ALT = ARM), de evapotranspiração real (ETR), de deficiência hídrica (DEF) e de excedente hídrico (EXC = DP).

74 Balanço Hídrico Climatológico (BHC) O Balanço Hídrico Climatológico foi desenvolvido inicialmente com o objetivo de se caracterizar o clima de uma região, de modo a ser empregado na classificação climática desenvolvida por Thornthwaite na década de 40. Posteriormente, esse método começou a ser empregado para fins agronômicos dada a grande interrelação da agricultura com as condições climáticas. O BHC elaborado com dados médios de P e ETP de uma região é denominado de BHC Normal. Esse tipo de BH é um indicador climatológico da disponibilidade hídrica na região, por meio da variação sazonal das condições do BH ao longo de um ano médio (cíclico), ou seja, dos períodos com deficiências e excedentes hídricos. Essas informações são de cunho climático e, portanto, auxiliam no PLANEJAMENTO AGRÍCOLA. O BHC elaborado com dados de P e ETP de um período ou de uma seqüência de períodos (meses, semanas...) de um ano específico para uma certa região é denominado de BHC Seqüencial. Esse tipo de BH nos fornece a caracterização e variação sazonal das condições do BH ao longo do período em questão. Essas informações são de grande importância para as TOMADAS DE DECISÃO.

75 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Para se elaborar o BHC, seja ele o Normal ou o Seqüencial, há a necessidade de se conhecer a capacidade de água disponível no solo (CAD). A CAD representa o máximo de água disponível que determinado tipo de solo pode reter em função de suas características físico-hídricas, ou seja, umidade da capacidade de campo (θcc), umidade do ponto de murcha permanente (θpmp), densidade do solo (ds) e da profundidade efetiva do sistema radicular (Zr), onde se concentram cerca de 80% das raízes. Veja a representação esquemática abaixo e a seguir as diferentes formas de se determinar a CAD. 0 0 θpmp θcc θsat θ (cm 3 /cm 3 ) Água residual Água gravitacional Zr Z Capacidade de Água Disponível (CAD)

76 Determinação da CAD para elaboração do BHC A partir das características físico-hídricas do solo CAD = [(CC% PMP%)/10] * ds * Zr CC% = umidade da capacidade de campo, em % PMP% = umidade do ponto de murcha, em % ds = densidade do solo Zr = profundidade específica do sistema radicular, em cm A partir das características gerais do solo (Doorenbos e Kassam, 1994) CAD = CADmédia * Zr CADmédia = capacidade de água disponível média, em mm/cm Zr = profundidade específica do sistema radicular, em cm CADmédia p/ solos argilosos = 2,0 mm/cm CAD média p/ solos de text. Média = 1,4 mm/cm CADmédia p/ solos arenosos = 0,6 mm/cm

77 Valores médios da profundidade efetiva dos sistemas radiculares (Zr) das principais culturas do Estado de São Paulo. Adaptado de Alfonsi et al. (1990) Cultura Zr (cm) Hortaliças 10 a 20 Arroz, batata, feijão 20 a 30 Trigo 30 a 40 Milho e soja 40 a 50 Amendoim 50 a 60 Cana, citrus, cafeeiro 70 a 100 Espécies florestais 150 a 250 A partir das características gerais da cultura critério prático CAD = CADmédia * Zr CADmédia = 1,3 mm/cm Zr = Tabela acima OBS: Para fins climatológicos, ou seja, para determinação do BHC apenas para caracterização da disponibilidade hídrica regional, é muito comum a adoção de valores de CAD variando de 75 a 125 mm.

78 Exemplos de determinação da CAD Exemplo 1: CC = 32%, PMP = 20%, ds = 1,3 e Zr = 50 cm CAD = (32 20)/10 * 1,3 * 50 = 78 mm Solo Arenoso Exemplo 2: Solo Argiloso CC = 25%, PMP = 17%, ds = 1,2 e Zr = 50 cm CAD = (25 17)/10 * 1,2 * 50 = 48 mm Exemplo 3: Solo textura média CADmédia = 1,4 mm/cm e Zr = 50 cm CAD = 1,4 * 50 = 70 mm Critério prático Exemplo 4: Critério prático CADmédia = 1,3 mm/cm e Zr = 50 cm CAD = 1,3 * 50 = 65 mm Solo de textura média

79 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Antes de iniciarmos o BHC propriamente dito, há a necessidade de se entender como o método proposto por T&M (1955) considera a retirada e a reposição de água do solo. Os autores adotaram uma função exponencial para a retirada de água do solo (ver esquema abaixo), ao passo que a reposição é direta, simplesmente somando-se ao armazenamento de água do solo, o saldo positivo do balanço entre P e ETP [(P ETP) + ]. ARM/CAD Reposição se (P ETP) REPOSIÇÃO DE ÁGUA NO SOLO Sempre que houver valor de (P-ETP) 0, esse valor deve ser somado ao ARM do período anterior e em função desse novo valor de ARM, calcula-se o novo NAc usando-se a expressão: NAc = CAD * Ln ARM/CAD RETIRADA DE ÁGUA DO SOLO NAc = negativo acumulado = Σ (P-ETP)<0. Sempre que houver valor de (P-ETP)<0, esse valor deve ser acumulado e em função dele se calcula o ARM, usando-se a expressão: ARM = CAD * e - NAc/CAD Retirada se (P ETP) < 0 NAc/CAD

80 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Conhecendo-se P, ETP, a CAD e como se dá a retirada e reposição de água no solo, pode-se agora iniciar a elaboração do BHC propriamente dita. Porém, antes iremos fazer algumas simulações para que o processo fique bem claro. Para tais simulações iremos considerar intervalos de tempo de 5 dias, numa seqüência de 6 períodos, e uma CAD = 100mm. Além disso, é necessário se definir algumas outras variáveis: NAc = Σ (P-ETP)<0 ARM = CAD e - NAc/CAD NAc = CAD Ln (ARM/CAD) ALT = ARM i ARM i-1 Se (P-ETP) 0 ETR = ETP Se (P-ETP) < 0 ETR = P + ALT DEF = ETP ETR Se ARM < CAD EXC = 0 Se ARM = CAD EXC = (P-ETP) - ALT

81 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Simulação 1 Simulação 2 P = 50 mm ETP = 25 mm P = 10 mm ETP = 25 mm ARMi = 100 ARMf = 100 ARMi = 100 ARMf = 86 (P-ETP) = +25 mm ARMf = = 100 NAc = 0 ALT = = 0 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = 50 0 = 50 mm Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD (P-ETP) = -15 mm NAc = -15 ARMf = 100 * e -15/100 = 86 ALT = = -14 ETR = = 24 mm DEF = = 1 mm EXC = 0

82 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Simulação 3 Simulação 4 P = 0 mm ETP = 25 mm P = 40 mm ETP = 25 mm ARMi = 86 ARMf = 67 ARMi = 67 ARMf = 82 (P-ETP) = -25 mm NAc = (-25) = -40 ARMf = 100 * e -40/100 = 67 ALT = = -19 ETR = = 19 mm DEF = = 6 mm EXC = 0 (P-ETP) = +15 mm ARMf = = 82 NAc = 100 Ln 82/100 = -20 ALT = = +15 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = = 0

83 Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico Simulação 5 Simulação 6 P = 2 mm ETP = 25 mm P = 100 mm ETP = 25 mm ARMi = 82 ARMf = 65 ARMi = 65 ARMf = 100 (P-ETP) = -23 mm NAc = (-23) = -43 ARMf = 100 * e -43/100 = 65 ALT = = -17 ETR = = 19 mm DEF = = 6 mm EXC = 0 (P-ETP) = +75 mm ARMf = = 100 NAc = 100 Ln 100/100 = 0 ALT = = +35 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = = 40 mm Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD

84 Roteiro para a Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico OBS: O roteiro a seguir é apresentado para a elaboração de um Balanço Hídrico Climatológico Normal, ou seja, para um ano cíclico. Porém, com exceção para o modo de inicialização do BH, esse mesmo roteiro servirá para a elaboração do balanço hídrico Seqüencial e também o de Cultura (quando usaremos ETc ao invés de ETP e estimaremos ETr ao invés de ETR). 1) Estimativa da ETP deve-se estimar a ETP com o método mais adequado para a região, em função dos dados meteorológicos disponíveis 2) Obtenção de dados de chuva (P) esses dados devem ser obtidos junto a publicações que forneçam as normais climatológicas da região 3) Calcular (P-ETP), mantendo-se os sinais positivos (+) e negativos (-) OBS: a partir daqui deve-se preencher as colunas a seguir (NAc e ARM) simultâneamente, iniciando-se com o primeiro mês com valor de (P-ETP) < 0, após uma seqüência de valores positivos de (P-ETP), ou seja no início da estação seca. Porém, o valor de ARM a ser determinado para se iniciar o BHC Normal, será o do último mês (período) da estação úmida [com (P-ETP) 0]. A determinação do ARM no último período da estação úmida deverá seguir as seguintes condições: A se Σ(P-ETP) anual 0 ARM = CAD no último período da estação úmida B se Σ(P-ETP) anual < 0, mas Σ(P-ETP) + CAD Idem a A C se Σ(P-ETP) anual < 0 e Σ(P-ETP) + < CAD NAc = CAD*Ln [(Σ(P-ETP) + /CAD)/(1 - e Σ(P-ETP)- /CAD) )] no último período da estação úmida

85 4) Determinação do NAc e do ARM Se (P-ETP) < 0 Calcula-se o NAc, ou seja os valores de (P-ETP) negativos, e posteriormente se calcula o valor do ARM (ARM = CAD e - NAc/CAD ) Se (P-ETP) 0 Calcula-se primeiro o ARM [ARM = ARM anterior + (P-ETP)] e posteriormente calcula-se o NAc [NAc = CAD Ln (ARM/CAD)]. Nesse caso o NAc deve ser determinado no caso de houver um próximo período com (P-ETP)<0 5) Cálculo da Alteração (ALT = ARM) ALT = ARM ARM anterior (ALT > 0 reposição; ALT < 0 retirada de água do solo) 6) Determinação da ETR (Evapotranspiração Real) Se (P-ETP) < 0 ETR = P + ALT Se (P-ETP) 0 ETR = ETP 7) Determinação da DEF (Deficiência hídrica = o quanto o sistema solo-planta deixou de evapotranspirar) DEF = ETP - ETR 8) Determinação do EXC (Excedente hídrico, que corresponde à água que não pode ser retida e drena em profundidade = água gravitacional) Se ARM < CAD EXC = 0 Se ARM = CAD EXC = (P-ETP) - ALT

86 Exemplo do Balanço Hídrico Climatológico Normal Local: Posse, GO (Lat. 14 o 06 S) Período: CAD = 100mm Mês ETP P (P-ETP) NAc ARM ALT ETR DEF EXC mm mm mm mm mm mm mm mm mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério A da inicialização)

87 Aferição do BHC Normal Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) 1537 = Σ P = Σ ETR + Σ EXC 1537 = Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF 1113 = Σ ALT = 0 0 = 0 Representação gráfica do BHC Normal Posse, GO ( ) - CAD = 10mm Posse, GO ( ) - CAD = 10mm mm 50 mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Simplificada (EXC e DEF) -100 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Deficiência Excedente Retirada Reposição Completa (EXC, DEF, ALT)

88 Exemplo do Balanço Hídrico Climatológico Normal Local: Petrolina, PE (Lat. 14 o 06 S) Período: CAD = 100mm Mês ETP P (P-ETP) NAc ARM ALT ETR DEF EXC mm mm mm mm mm mm mm mm mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério C da inicialização)

89 Aferição do BHC Normal Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) 609 = Σ P = Σ ETR + Σ EXC 609 = Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF 1603 = Σ ALT = 0 0 = 0 Representação gráfica do BHC Normal Petrolina, PE ( ) - CAD = 100mm Petrolina, PE ( ) - CAD = 100mm mm 0 mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez -150 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Deficiência Excedente Retirada Reposição Simplificada (EXC e DEF) Completa (EXC, DEF, ALT)

90 Exemplo do Balanço Hídrico Climatológico Normal Local: Garanhuns, PE (Lat. 8 o 33 S) Período: CAD = 100mm Mês ETP P (P-ETP) NAc ARM ALT ETR DEF EXC mm mm mm mm mm mm mm mm mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério B da inicialização)

91 Aferição do BHC Normal Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) 871 = Σ P = Σ ETR + Σ EXC 871 = Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF 937 = Σ ALT = 0 0 = 0 Representação gráfica do BHC Normal Garanhuns, PE ( ) - CAD = 100mm Garanhuns, PE ( ) - CAD = 100mm mm 0 mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Deficiência Excedente Retirada Reposição Simplificada (EXC e DEF) Completa (EXC, DEF, ALT)

92 Exemplo do Balanço Hídrico Climatológico Normal Local: Passo Fundo, RS (Lat. 28 o 15 S) Período: CAD = 100mm Mês ETP P (P-ETP) NAc ARM ALT ETR DEF EXC mm mm mm mm mm mm mm mm mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano Neste caso o BHC Normal pode ser iniciado em qualquer mês com ARM = CAD, pois não há negativo acumulado

93 Aferição do BHC Normal Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) 1786 = Σ P = Σ ETR + Σ EXC 1786 = Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF 806 = Σ ALT = 0 0 = 0 Representação gráfica do BHC Normal Passo Fundo, RS ( ) - CAD = 100mm Passo Fundo, RS ( ) - CAD = 100mm mm 0 mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Deficiência Excedente Retirada Reposição Simplificada (EXC e DEF) Completa (EXC, DEF, ALT)

94 Aplicações do Balanço Hídrico Climatológico Normal mm Extrato do Balanço Hídrico Mensal 400 Extrato do Balanço Hídrico Mensal mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Extrato do Balanço Hídrico Mensal mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC -150 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Extrato do Balanço Hídrico Mensal -120 Caracterização regional da disponibilidade hídrica DEF(-1) EXC mm mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Extrato do Balanço Hídrico Mensal Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez mm Extrato do Balanço Hídrico Mensal Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC mm Extrato do Balanço Hídrico Mensal Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC DEF(-1) EXC

95 Aplicações do Balanço Hídrico Climatológico Normal A caracterização regional da disponibilidade hídrica do solo possibilita: A comparação dos climas de diferentes localidades A caracterização dos períodos secos/úmidos O planejamento agrícola (áreas aptas, época mais favorável de semeadura, sistema de cultivo, etc), baseado no zoneamento agroclimático

96 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA Professor Daniel Fonseca de Carvalho ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO Instituto de Tecnologia - Depto. de Engenharia BR 465, km 7 - Seropédica-RJ (21) , ramal carvalho@ufrrj.br