ESTIMATIVA DO DÉFICIT HÍDRICO E A DEMANDA DA AGRICULTURA IRRIGADA NO ESTADO DO CEARÁ, BRASIL

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1 ESTIMATIVA DO DÉFICIT HÍDRICO E A DEMANDA DA AGRICULTURA IRRIGADA NO ESTADO DO CEARÁ, BRASIL F. B. Lopes 1 ; R. F. Caitano 2 ; F. de Souza 3 RESUMO: Objetivou-se obter mapas temáticos da distribuição espacial da precipitação e da evapotranspiração potencial - ETo e a estimativa do déficit hídrico no Estado do Ceará, utilizandose Sistemas de Informação Geográfica. Foram utilizados valores da precipitação pluvial anual média de 91 postos pluviométricos e 16 estações meteorológicas do Estado. Para a estimativa da ETo foi utilizado o método de Penman-Montheith. Para a espacialização dos dados de precipitação e da ETo usou-se o método de Krig. O déficit hídrico foi estimado usando os mapas temáticos da precipitação e da ETo. Para o processamento e análise de dados foram utilizados os softwares ArcMap e Spring. O Estado apresenta mais de 85% da sua área com déficit hídrico variando de a -820 (mm ano -1 ). O planejamento da demanda hídrica da agricultura irrigada do Estado do Ceará precisa considerar o sistema solo-água-planta-atmosfera. PALAVRAS-CHAVE: recursos hídricos; krigagem; sistemas de informação geográfica. ESTIMATION OF WATER DEFICIT AND DEMAND OF IRRIGATED AGRICULTURE IN THE STATE OF CEARÁ, BRAZIL SUMMARY: The aim of this work was to obtain thematic maps of spatial distribution of precipitation and potential evapotranspiration - ETo and estimating water deficit in the state of Ceará, using Geographic Information Systems. It was used average values of the annual rainfall from 91 rainfall stations and 16 meteorological stations in the State. The Penman-Montheith method was used to estimate ETo. Kriging method of was used to estimate the spatial distribution of precipitation and ETo data. The water deficit was estimated using thematic maps of precipitation and ETo. The softwares ArcMap and Spring were used for processing and analyzing data. The State has more than 85% of its area with water deficit ranging from -820 to (mm yr -1 ). The water demand planning of irrigated agriculture in the State of Ceará needs to consider the soil-water-plant-atmosphere system. KEYWORDS: water resources; kriging, geographic information systems. 1 Doutorando em Engenharia Agrícola, Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal do Ceará UFC, Fortaleza CE. CEP: Fone (85) , lopesfb@yahoo.com.br 2 Engenheira Agrônoma, doutoranda em Engenharia Agrícola UFC, rafaela_caitano@yahoo.com.br 3 Eng. Agrônomo, Ph. D., Prof. aposentado do Depto. de Engenharia Agrícola, UFC, fsouza@ufc.br

2 INTRODUÇÃO A água é o recurso mais importante em todos os aspectos da vida; em excesso, ela causa inundações e calamidades ambientais e sua escassez provoca fome e miséria. O manejo adequado da água pode conduzir a excelentes resultados na produção de alimentos, porém seu mau uso provoca degeneração do meio físico natural (PAZ et al., 2000). O setor agrícola é o maior consumidor de água: em nível mundial, a agricultura consome em torno de 69% de toda a água derivada das fontes (rios, lagos e aquíferos subterrâneos) enquanto apenas 31% são consumidos pelas indústrias e uso doméstico (CHRISTOFIDIS, 1997). No Brasil, estimativas indicam que esse percentual é da ordem de 61% (POZZEBON et al., 2003). Sendo a água, portanto, elemento essencial ao desenvolvimento agrícola, a falta de controle e a administração inadequada torna impossível o desenvolvimento de uma agricultura sustentável. A irrigação, quando não corretamente manejada, traz sérias consequências como redução na produtividade e na qualidade dos produtos (irrigação em déficit), diminuição da disponibilidade hídrica e contaminação das águas superficiais e subterrâneas (irrigação em excesso). O Nordeste brasileiro tem sua história marcada por eventos de secas com diversos graus de intensidade que geralmente desencadeiam graves problemas sócio-econômicos. A região é caracterizada pela concentração do regime pluviométrico em um único período, de três a cinco meses no ano, com uma média de precipitação de 775 mm e um coeficiente de variação de 30% (MINTER, 1984). O Estado do Ceará é o terceiro maior Estado em extensão do nordeste brasileiro. Com 75% de sua área total incluída na isoieta abaixo de 800 mm anuais (FUNCEME, 1991) e médias térmicas elevadas, variando de 23º a 27º C, o Ceará apresenta zonas com balanço hídrico anual negativo (MOURA et al., 2007). Objetivou-se obter mapas temáticos da distribuição espacial da precipitação e da evapotranspiração potencial - ETo no Estado do Ceará e estimar o déficit hídrico utilizando-se Sistemas de Informações Geográficas. MATERIAL E MÉTODOS Este estudo foi realizado no Estado do Ceará que se encontra localizado na Região Nordeste do Brasil, entre os paralelos 2º 5 e 8º 0 de latitude Sul e os meridianos 37º 0 e 42º 0 de longitude Oeste (Figura 1). O Estado tem área total igual a ,30 km², equivalente a 9,37% da área da região Nordeste e 1,7% da superfície do Brasil. De acordo com a classificação climática de Köppen, a região em estudo apresenta três tipos de clima: BSw h, Aw e Cw. Segundo Caitano et al. (2011), 76,16% da área do Estado do Ceará está inserida nosemiárido (BSw h ), o que equivale a uma área de km 2. Foram utilizados valores da precipitação pluvial anual de 91 estações pluviométricas do Estado (Figura 1). Os dados de chuva foram obtidos junto à Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos - FUNCEME. As séries históricas selecionadas tinha período superior a 30 anos.

3 Figura 1. Localização dos postos pluviométricos e das estações meteorológicas Para a estimativa da evapotranspiração potencial foi utilizado o método de Penman- Montheith recomendado pela FAO (Equação 1) (ALLEN et al., 1998). Foram compilados dados das principais variáveis climáticas relacionadas com a evapotranspiração em 16 municípios do Estado (Figura 1) que dispunham de dados climáticos médios completos: temperaturas máximas e mínimas, umidade relativa, velocidade do vento a 2 metros da superfície do solo, altitude e coordenadas geográficas. Foram utilizados dados provenientes das estações Meteorológica do Campus do Pici, na Universidade Federal do Ceará (UFC); do Centro Nacional de Pesquisa de Agroindústria Tropical, da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA); e das Normais Climatológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). (Eq. 1) Em que: ETo - evapotranspiração obtida pelo método de Penman-Monteith (mm dia -1 ); Rn - saldo de radiação (MJm -2 dia -1 ); G - fluxo de calor no solo (MJ m -2 dia -1 ); - inclinação da curva de saturação do vapor de água (kpa C -1 ); u 2 - velocidade do vento a 2 metros acima da superfície do solo (m s -1 ); T - temperatura média do ar a 2 metros acima da superfície do solo ( C); es - a pressão de vapor do ar saturado (kpa); ea - pressão atual do vapor (kpa); γ constante psicrométrica (kpa C -1 ). Para a espacialização dos dados de precipitação e de ETo do Estado do Ceará, foi primeiramente avaliado o desempenho do método geoestatístico de Krig, comumente adotado na espacialização de dados climáticos, como por exemplo, por Léllis e Barroso (2011) e Caitano et al. (2011). Desse modo, para a espacialização da Precipitação e da ETo, a base de dados digital consistiu nos arquivos vetoriais do limite do Estado do Ceará e da localização dos postos pluviométricos e estações meteorológicas com seus respectivos valores de precipitação e ETo. Os valores amostrais de precipitação e da ETo foram submetidos a análise estatística descritiva, realizando-se, em seguida, a análise geoestatística visando quantificar o grau de dependência espacial dos dados, através de semivariograma experimental. O déficit hídrico, ou seja, a lâmina potencialmente evapotranspirada maior que a precipitação, foi estimado usando os mapas temáticos da precipitação e da ETo. Para o processamento e análise de dados foram utilizados os softwares ArcMap e Spring.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 2 pode-se observar o comportamento espacial da precipitação, ETo e déficit hídrico, em mm ano -1, para Estado do Ceará. A precipitação pluviométrica variou de 553 a 1.678,27 mm ano -1, com valor médio de 936,79 mm ano -1. Caitano et al. (2011) encontram resultados semelhantes, estudando a aridez no Estado do Ceará. Os dados de Precipitação e ETo foram melhor espacializados ao se ajustar o semivariograma pelo modelo esférico (CAITANO, 2012). Verifica-se que as áreas com as maiores médias anuais de precipitação se encontram nas serras de Baturité e Ibiapaba, na faixa litorânea e na região sul (Cariri). Já as regiões dos sertões de Inhamuns e Central apresentaram-se como as áreas menos favorecidas pelas quantidades de chuvas. Essas variações no total pluviométrico no Estado podem ser explicadas devido à influência dos tipos de chuvas em cada região: o regime pluviométrico nas serras de Baturité e Ibiapaba é explicado pelo efeito orográfico; já a faixa litorânea recebe uma influência das massas úmidas vindas do oceano, bem como a influencia da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Figura 2. Espacialização da precipitação (a); ETo (b) e (c) Déficit Hídrico (mm ano -1 ) Na Figura 2b observa-se a distribuição espacial da Evapotranspiração Potencial média (mm ano -1 ) do Estado do Ceará. O valor máximo observado foi de 2212 mm ano -1 enquanto o mínimo foi de 1243 mm ano -1. De uma forma geral, pode-se dizer que a ETo aumenta no sentido nortenordeste para sul-sudeste e sul-sodoeste o que corrobora com resultados de Dantas Neto (1998) e Moura et al. (2007). Entretanto os maiores valores tendem a concentrar-se nas regiões do Sertão dos Inhamuns, Sertão Central e Leste-Jaguaribe. Observando a Figura 2c verifica-se que os maiores déficit hídricos (-1641 a mm ano -1 ) encontram-se nas regiões do Sertão Central, Sertão dos Inhamuns e na região Leste-Jaguaribe, o que corresponde a 46,21% da área do Estado (Tabela 1). Isso ocorre em virtude dessas regiões receberem as menores quantidades de chuvas e apresentarem maiores ETo (Figura 2). Outros 41,35% da área do Estado têm déficit hídrico de a -820 mm ano -1. Caitano et al. (2011) verificaram que mais de 76% da área do Estado o clima é semiárido, ou seja, o déficit hídrico é negativo. Os menores déficits hídricos do Estado estão localizados na região litoral, nas serras de Baturité e Ibiapaba (Figura 2c). Apenas 0,15% (Tabela 1) da área do Estado não apresenta déficit hídrico, que corresponde às cidades de Guaramiranga e Pacoti (Figura 2c). Os resultados

5 corroboram com os de Moura et al. (2007), estudando clima e água de chuva no Semiárido caracterizaram a região Nordeste pelo balanço hídrico negativo, resultante das precipitações médias anuais inferiores a 800 mm, insolação média de 2800 h ano -1, temperaturas médias anuais de 23º a 27º C, evaporação de mm ano -1. Tabela 1. Distribuição percentual das classes da precipitação, ETo e déficit hídrico Precipitação (mm ano -1 ) ETo (mm ano -1 ) Déficit Hídrico (mm ano -1 ) Classes (%) Classes (%) Classes (%) < ,47 <1700 5, a , , , a , , , a , , , a 0 1,29 > ,07 > ,37 1 a 209 0,15 Ainda observando a Figura 2c verifica-se grande variação do déficit hídrico onde os perímetros irrigados estão localizados. Na Tabela 2, é apresentada a demanda de água para os Perímetros Públicos do Estado do Ceará. Verifica-se que a demanda de água para todos os perímetros e para todas as culturas é um valor constante igual a m³ ha -1 ano -1. De acordo com o documento Cenário Atual dos Recursos Hídricos do Ceará (CEARÁ, 2008), este resultado não é confiável, pois é tecnicamente impossível que para condições diferentes do sistema solo-água-plantaatmosfera em cada perímetro irrigado, a demanda hídrica seja a mesma. Verifica-se na Figura 2c que o déficit hídrico é diferente, por exemplo, para regiões onde estão localizados os perímetros irrigados Jaguaribe-Apodi, Baixo Acaraú, Curu-Paraipaba. Na realidade, o valor de m³ ha -1 ano -1 é um valor usado na estimativa da área irrigável para fins de planejamento. Tabela 2. Demanda dos Perímetros públicos de irrigação do DNOCS em operação ou em implantação, em 2000 Área Demanda Região Perímetro de Irrigação (hm Hidrográfica /an (m 3 /ha/an (ha) o) o) Alto Jaguaribe Cachoeirinha + Jucas I e II + Várzea do Boi I 413 7, Salgado Lima Campos + Quixabinha II , Médio Jaguaribe Altinho + Chapada do Apodi 1 ª e 2ª + Ema + Niterói + Xique- Xique III , Banabuiú Banabuiú + Tabuleiro de russas (2) + Morada Nova + Patu + Senador Pompeu IV , Baixo Jaguaribe Jaguaruna + Quixeré + Sto Ant. de Russas 1ª Etapa V , Bacia do Jaguaribe Subtotal (I+II+III+IV+V) , Bacias Metropolitanas Califórnia + Choró-Limão 105 1, Araras Norte 1ª Etapa , Baixo Acaraú (3) , Bacia do Forquilha 218 3, Acaraú Jaibaras , Subtotal , Coreaú Tucunduba 1ª Etapa: Subtotal 75 1, Curu Curu-Paraibapa , Curu-Recuperação , Subtotal , Parnaíba (Poti) Graça 1ª Etapa + Juburu I e II + Realejo , Estado do Ceará Total , Fonte: Adaptado de Ceará (2005). (1) Transformado em área de sequeiro em 2005, por falta de garantia da oferta hídrica; (2) A área cultivada é cerca de ha, estando disponíveis ha com infra-estrutura de irrigação; (3) A área cultivada é cerca de ha, estando disponíveis ha com infra-estrutura de irrigação.

6 CONCLUSÕES O Estado apresenta mais de 85% da sua área com déficit hídrico variando de a -820 (mm ano -1 ). O planejamento da demanda hídrica da agricultura irrigada do Estado do Ceará precisa considerar o sistema solo-água-planta-atmosfera. A utilização de Sistemas de Informação Geográfica permitiu a realização de uma análise rápida e dinâmica da área. REFERÊNCIAS ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. Rome: FAO, 1998, 297p. Irrigation and Drainage Paper, 56. CAITANO, R. F. Geoprocessamento na análise de risco de salinização dos solos do Estado do Ceará. Universidade Federal do Ceará, UFC (Mestrado em Engenharia Agrícola), Fortaleza, f. CAITANO, R. F.; LOPES, F. B.; TEIXEIRA, A. S. Estimativa da aridez no Estado do Ceará usando Sistemas de Informação Geográfica. Anais XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, p CEARÁ. Assembléia Legislativa do Estado. Cenário Atual dos recursos hídricos do Ceará / Conselho de Altos Estudos e Assuntos Estratégicos, Assembléia Legislativa do Estado do Ceará; Eudoro Walter de Santana (Coordenador). Fortaleza: INESP, p. CEARÁ. Secretaria dos Recursos Hídricos. Plano Estadual de Recursos Hídricos (Planerh). Fortaleza: SRH, CHRISTOFIDIS, D. A água e a crise alimentar p. Disponível em: < Acesso em: 3 out DANTAS NETO, Francisco Solon ; BARRA, T. S.. Variação espaço-temporal da evapotranspiração de referência no estado do Ceará. In: Anais X Congresso Brasileiro de Meteorologia, VII, 1998, Brasília, FUNCEME, Análise preliminar do fator mais provável da medida de tendência central das series anuais de precipitação no Ceará. Fortaleza, Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hidricos, LÉLLIS, F.S, BARROSO, G.F. Modelagem geoestatística da precipitação na bacia do rio Jacaraípe, Serra (ES). Anais XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, p MINTER (SUDENE) - Plano econômico-social de aproveitamento dos pequenos depósitos minerais do Nordeste Oriental. SUDENE/CPRM, Recife MOURA, M. S. B.; GALVINCIO, J. D.; LIMA BRITO, L. T. L.; SOUZA, L. S. B.; SÁ, I. I. S. SILVA, T. G. F. Clima e água de chuva no Semi-Árido. In: BRITO, L.T. L.; MOURA, M. S.B.; GAMA, G. F.B. Potencialidades da água de chuva no Semi-Árido brasileiro. 1 ed. Petrolina: Embrapa Semi-Árido, 2007, v.1, p PAZ, V. P. S.; TEODORO, R. E. F.; MENDONCA, F. C. Recursos hídricos, agricultura irrigada e meio ambiente. Rev. Brasileira de Eng. Agrícola e Ambiental, Campina Grande, PB v.4, n.3, p , POZZEBON, E. J. et al. Demanda hídrica para agricultura irrigada e sua influência nas análises de pedidos de outorga de direito de uso da água. In: SIMPÓSIO RASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, , Curitiba. Anais... 1CD ROM.