Review of Water Harvesting Techniques Celma Niquice Department of Rural Engineering, Faculty of Agronomy and Forestry Engineering, University Eduardo Mondlane October 2006
Bacia do Limpopo (Projecto CP 17) Técnicas de Colheita de Água da Chuva Outubro de 2006 Celma Niquice 1
TÉCNICAS DE COLHEITA DE ÁGUA DE CHUVA Consiste num método de colecta, armazenamento e conservação de runoff local para a agricultura nas zonas aridas e semi-áridas. Três tipos de colecta de água de chuva podem ser descritos (Prinz & Singh, s/d.): 1.Agua colhida do telhado, pátios e superfícies melhoradas que são usadas com propósitos domésticos. 1.1. Cisternas para captação de água do telhado Recolhem pequena quantidades de água e a captação é feita por um conjunto de calhas e tubos ( em geral, PVC com 10cm de diâmetro), que conduzem a água da chuva para um reservatório. O tamanho do reservatório depende do consumo, da área do telhado e da quantidade de chuva que cai na região e o reservatório deve se construído total ou parcialmente enterrado. Isso reduz o custo da construção e a água mais fresca. O dimensionamento do sistema de captação deve respeitar alguns valores médios de consumo diário de água nas regiões afetadas pela seca (http://www.banet.com.br/construcoes/uso_geral/obras_de_captacao_de_agua.htm). O reservatório pode ser construído com concreto armado ou ferrocimento, mas precisa ser muito bem feito, para evitar perdas. Devem ser cobertos com laje, um telhado ou uma tampa, dependendo do seu tamanho, para evitar acidentes e a entrada de luz e sujidade. O importante é que essa cobertura tenha um suspiro (arejador), abertura para a passagem da tubulação e uma pequena tampa removível para limpeza e conservação (http://www.banet.com.br/construcoes/uso_geral/obras_de_captacao_de_agua.htm). O reservatório pode ter também um tubo de 5cm de diâmetro, colocado no topo da parede do reservatório, para escoar o excesso de água.a água armazenada nessas cisternas deve ser filtrada na saída. Para isso, é preciso instalar um filtro dentro do reservatório, composto de camadas de pedra, carvão vegetal, areia grossa e areia fina, superpostas nessa ordem, de baixo para cima. A boca do tubo de saída do reservatório deve ficar enterrada na camada inferior desse filtro (http://www.banet.com.br/construcoes/uso_geral/obras_de_captacao_de_agua.htm) 2
No início das chuvas é recomendavél não deixar entrar a primeira água por conter muita sujidade e para isso, o tubo de PVC que sai da calha deve ser mantido fora da entrada do reservatório, até a água ficar limpa. Só então ele é colocado dentro da cisterna. Ex:Uma cisterna com capacidade para 15 mil litros, pode abastecer uma família de cinco pessoas por sete a oito meses de estiagem e se bem gerida esta água não se contamina e tem boa qualidade (Lorenz, 1965). Cisterna construida em aldeia indigena Ex: Para aumentar a disponibilidade e melhorar a qualidade de águas para consumo humano no meio rural (Lopes, s/d.) 1.2 Cisternas para captação de água de pisos e pavimentos 3
são usadas quando as áreas dos telhados das moradias não é suficiente para coletar a água necessária para a propriedade. Nesse sistema, a água das chuvas que cai em áreas pavimentadas é recolhida em canaletas e ralos, de onde é conduzida por canaletas até um filtro e deste para um reservatório igual ao do sistema de captação de água do telhado. Os pisos e pavimentos já existentes podem ser usados para a captação de água das chuvas. Quando construídos para essa finalidade, os pisos e pavimentos devem ser construídos de modo a conduzir a água direto para os ralos, dispensando as canaletas e com um declive mínimo de 3% ( 3cm por metro de extensão do pavimento). O ideal também é que todo o contorno da área de captação seja delimitado por um muro de 20cm de altura ( uma fiada de blocos de concreto). Isso evita a entrada de barro, poeira ou sujeiras que contaminam a água captada. O tamanho do reservatório depende do consumo, da área pavimentada e da quantidade de chuva que cai na região. O reservatório pode ser construído com concreto armado ou com ferrocimento. Mas precisa ser muito bem feito para evitar vazamentos Esse reservatório deve ser coberto com uma laje ou telhado, com um caimento para o lado da captação, de modo a também contribuir para o abastecimento de água. O importante é que essa cobertura tenha um suspiro, aberturas para a passagem de tubulações e uma pequena tampa removível, para limpeza e conservação. É recomendável não deixar a água captada no início da chuva não enrar no reservatório, pois contém muita sujidade. Isso é feito com a ajuda de um desvio do tubo antes da entrada no reservatório. 2. Técnicas micro-colheita de água de chuva É um método de colecta de runoff superficial de uma pequena de área a de captação e armazenada na zona radicular de uma base adjacente de infiltração. Onde há uma distinta divisão de área de captação e área de plantio mas são adjacentes uma da outra 2.1 Sistemas de captação in situ 4
O método tradicional de cultivo, que consiste da sementeira em covas, é capaz de armazenar certa quantidade de água de chuva e é um sistema aparentemente pouco agressivo ao ambiente, mas como o solo não foi preparado (arado) antes, sua superfície apresenta-se ligeiramente compactada, dificultando a infiltração da água no solo e facilitando o escoamento superficial, que contribui para o processo erosivo. Portanto, técnicas de preparação do solo, como a captação in situ, são as mais recomendáveis, uma vez que além de aumentar a disponibilidade de água, conserva o solo e os fertilizantes no próprio local de plantio (Lopes, S/d). A captação de água de chuva in situ é uma técnica simples e apresenta baixos custos de implantação. No entanto, estes custos são muito variáveis e dependem, principalmente, do equipamento, seja a tração animal ou mecânica, como também do método utilizado.existem vários métodos de captação de água de chuva in situ, tanto usando tração mecânica quanto animal. Entre eles (Lopes, S/d): Lavoura e Plantio no plano: Lavoura total da área e semear no plano - forma pequenas ondulações no perfil do solo. Este sistema consiste da utilização de arados a tracção animal ou a tracção motora; Guimarães Duque: consiste na formação de sulcos, seguidos por camalhões altos e largos, formados por meio de cortes efectuados no solo em curva de nível, usando um arado de disco reversível com 3 discos. Para confecção dos sulcos, recomenda-se retirar o disco que fica mais próximo dos pneus traseiros do trator. Captacao in situ-guimaraes dique Sulco Barrado: A captação de água de chuva in situ por meio de sulcos barrados consiste de uma aração e sulcamento do solo com 0,75m de distância entre sulcos, 5
seguido da operação de barramento, que são pequenas barreiras dentro do sulco que têm por finalidade impedir o escoamento superficial da água de chuva. Para isto, foi desenvolvido um barrador de sulco tracionado por um só animal, viabilizando a adoção dessa tecnologia pelos pequenos agricultores; Captacao in situ- sulcos barrados Praticas agronómicas Monda e mulching são usadas para aumentar a disponibilidade de água no solo aumentando a capacidade de guardar reduzindo a infiltração. 2.2 Microbacias Tipo Negarim A estrutura tem a base em forma de diamante rodeada de pequenas barreiras com uma infiltração que vai em direcção ao canto de cada. O run-off é colhido e armazenado no desnível de infiltração. São muito usadas para o crescimento de árvores e é uma técnica muito apropiada para pequena escala de plantação de árvores em qualquer área que tem défice de precipitação. São fácies de construir e eficientes e precisos.( Critchley& Siegert, 1991) São maioritariamente usados para crescimento de ávores em áreas semi-áridas e áridas. A precipitação pode rondar aos 150 mm por ano e os solos podem ter uma profundidade de 1.5 m mas os mais preferidos são de 2 m de profundidade para favorecer um crecimento adequado das raízes e permitir o armazenamento de água. O declive não deve ser maior que 6
5%. A topografia do terreno dever a permitir a subdivisão das microbacias ( Critchley& Siegert, 1991).. Consiste em uma área de captação e uma cova de infiltração (área cultivada). A forma de cada unidade é um quadrado mas a aparência basal é a forma de diamante com a cova de infiltração num canto abaixo( Critchley& Siegert, 1991).. Enquanto estes são facilmente construídos manualmente estes não podem ser facilmente mecanizados. Uma vez que as plantas estão plantadas não é possível não é possível operar e cultivar com máquinas entre 3 linhas.o tamanho de cada microbacia é calculado tendo em conta o tamanho da planta, as necessidades da planta. O tamanho normalmente varia de10 m2 a 100 m2dependendo da espécie de árvore a ser plantada mas grandes tamanhos são também viáveis particularmente quando mais de uma árvore irá crescer com base numa microbacia( Critchley& Siegert, 1991). Fonte:Post, 2004 2.3 Calçadas/Barreiras de Contorno é uma forma simplificada de microbacia e a sua construção pode ser mecanizada e é conveniente a aplicação numa escala maior. As calçadas seguem o contorno e por provisão de terra pequena o sistema é dividido em microbacias individuais. O sistema é mais económico do que os do tipo negarim particularmente para implementação em terra regular em grande escala desde que tenha pouco movimento de terra ( Critchley& Siegert, 1991) Usado para a plantação de árvores e que podeser usado quando a precipitação varia 200 a 750 mm nos clima sémi-árido a árido. Os solos devem ter uma profundidade de 1.5 a 2 m para 7
que poss assegurar o desenvolvimento da raíz e armazenamento de água. Os declive permissíveis vão até 5% e a topografia deve ser regular.não são convenientes para terrra desigual nem desgastada ( Critchley& Siegert, 1991). Consiste em calçadas quase paralelas de terra aproximadamente no contorno num espaçamento de entre 5 a 10 metros. As calçadas são formadas com terra escavada de um sulco paralelo adjacente em seu lado elevada inclinação( Critchley& Siegert, 1991). 2.4 Calçadas/Barreiras semi-circulares São diques de terra na forma de um semi-círculo, é usada para o cultivo de ávores e arbustos. São muito eficientes em termos de áreas e não são recomendadas para o uso tradicional. Podem ser usadas quando as chuvas variam de 200-750 mm nas áreas semi-áridas a áridas, os solos não devem ser pouco profundos ou salino. O declive recomendado é sob 2% mas se tiver barreiras modificados pode ir até 5%. A sua principal limitação é que a construção não pode ser facilmente mecanizada. ( Critchley& Siegert, 1991). Fonte: Maibo & Hatiboo, s/d. 2.5 Lavoura aos contornos segundo a curva de nível O escoamento é coleccionado nas faixas entre as arestas e armazenado num sulco somente acima das arestase as culturas são plantadas em ambos lados do sulco. Pode ser construído 8
manualmente ou com uso de máquinas, e quando projectado e construído corretamente não permite nehuma perda por escoamento e outra vantagem é ocrescimento regular das culturas( Critchley& Siegert, 1991). Pode ser usado nas regiões áridas e semi-áridas, quando a chuva varia de 350-750 mm e os solos são convenientes para a agricultura e o declive permissível do solo vai até 5% e a topografia deve ser regular e devem se evitar as ondulações.para a construção manual os solos pesados e compactados pode ser um constrangimento para a construção manual e as zonas em que a chuva é relativamente alta( Critchley& Siegert, 1991). Consiste em arestas quase paralelas de terra aproximadamente num espaçamento de 1 e 2 metros. A terra é escavada e colocada na parte mais baixapara formar uma aresta e o sulco é escavado acima da aresta onde coleciona escoamento da faixa de represa e entre arestas. ( Critchley& Siegert, 1991) 2.6 Calçada/Barreira de Pedra contorno Usadas para diminuir a velocidade de escoamento aumentando assim a infiltração e captando sedimento, é aplicável a aplicação de pequena escala. A construção melhorada e alinhamento ao lado do contorno faz esta técnica consideravelmente eficiente. A sua grande vantagem é que não há grande necessidade de manutenção.pode ser usada com chuva de 200 750 mm nos climas áridos e os declives são preferivelmente sob 2% ( Critchley& Siegert, 1991). 9
2.7 Represas Permeáveis de Pedra A água de escoamento é espalhada em fundos de vale para a produção agrícola melhorada, as estruturas são tipicamente longas, paredes baixas de represa através dos vales. Podem ser usadas quando as chuvas variam de 200 750 mm nos climas áridos e semi-áridos. São adaptados a todos tipos de solo, as terras mais pobres são melhoradas por tatamento. O declive aconselhav el e sob 2% para espalhar a água eficientemente.necessita de de quantidades consider aveis de pedra solta ssim como provis~ao de transporte. ( Critchley& Siegert, 1991). E uma estrutura, baixa longa feita de pedra solta através de um chão do vale. A parte central da represa é perpendicular ao curso de água enquanto que as extensões de parede qualquer segue as costas de curva para baixo dos vales seguindo os contornos. O escoamento concentra no vale criando um rego que será espalhado através do chão inteiro do vale proporcionando o crescimento da planta( Critchley& Siegert, 1991). 10
2.8 Corrosão (Pitting) São covas semi-circulares para quebrar a a crosta superficial do solo. Tem cerca de 30cm de diâmetreo e 20 cm de profundidade. As sementes são plantadas no meio das covas e são usadas onde a precipitaçãovaria de 350 a 600 mm (Maibo & Hatiboo, s/d.). 3. Técnicas Macro-captação de água de chuva Este sistema envolve a colecção envolve a colecção de runoff de grandes áreas e as vezes usadas como armazenamento intermediário de agua fora da área de produção para mais tarde ser usada para irrigação suplementar. Este sistema envolve a captação de água de áreas começando de 0.1 ha para mil hestares ambas localizados perto ou longe das áreas de produção. As áreas usualmente tem declives variando de 5 a 50% enquanto a áera colhida é usada nas zonas de cultivo que ambas podem terra planas ou com dois níveis (Hatiboo & Mahoo, s/d.): 3.1 Folha Vertente/ Utilização de runoff dos ribeiros (Hillside sheet/ rill runoff utilization) O runoff que ocorre no topo das colinas, declives, terras ou áreas compactadas, circulam e naturalmente colhe-se nas áreas baixas. As vezes são usadas barreiras na área de cultivo para 11
aumentar a quantidade de água captada e aumentar a infiltração do solo (Maibo & Hatiboo, s/d.). 3.2 Barreira para espalhar água Aplicadas onde as trapeizoidais não sãoconvenientes e onde a descarga por escoamento não são convenientes, onde as descargas são altas e estragam as calçadas dos trapeizodal. São feitas para espalhar água, feitas de material de terra, onde vai mais devagar e espalha água sobre a terra a ser cultivada assim permitindo a infiltração.pode ser usada quando as chuvas variam de 100 mm a 350 mmnormalmente em climas áridos e semi-áridos. Os declives mais convenientes são de 1% ou abaixo ( Critchley& Siegert, 1991). 3.3 Calçada/Barreira Trapeizodal 12
São usadas para áreas maiores (até 1 ha) e acolhe grandes quantidades de escoamento e as culturas são plantadas dentro da área. Os 3 lados do trapézio são incluídos por calçadas enquanto que o quarto lado é deixado aberto para permitir o escoamento no campo. Tem a vantagem de ser simples e a sua construção e manutenção é mínima. ( Critchley& Siegert, 1991). Pode ser usado para o cultivo de arvores, culturas anuais e outras. Pode ser usada nas regiões áridas e semi-áridas quando a s chuvas variarem de 250 a 500 mm. Os declives permissíveis para esta técnica variam de 0.5% a 1.5% mas é bem conveniente sob 0.5 % e a topografia dentro das calçadas deve ser regular. Para altos declives, os mais abruptos que 1.5% é tecnicamente praticável mas envolve quantidades proibitivas de trabalho de terraplanagem( Critchley& Siegert, 1991). 4. Técnicas de colheita de água com armazenamento As vezes os sistemas de captação de água macro produzem grandes volumes de run-off que não é possível armazenar no perfil do solo. 4.1 Barragem subterrânea 13
é uma alternativa tecnológica para o aproveitamento das águas de chuva, evitando-se que escoem na superfície do solo, onde podem causar erosão, além de não poderem ser utilizadas posteriormente. As águas são armazenadas no perfil do solo, de forma a permitir a criação ou a elevação do lençol freático existente, possibilitando a exploração de uma agricultura de vazante (Lopes, S/d). A barragem subterrânea é uma tecnologia simples, porém requer um maneio adequado para sua operação e manutenção. Os custos de implantação variam em função de factores como comprimento da parede, material utilizado, profundidade da camada impermeável, disponibilidade de mão-de-obra na família, entre outros(lopes, S/d). Barragem subterranea 4.2 Irrigação de salvação: Constitui-se de uma pequena barragem de terra, formada por uma área de captação (Ac), um tanque de armazenamento (Ta) e uma área de plantio (Ap). A água é aplicada por gravidade na área irrigada, sendo os sulcos abertos com pequena declividade.em anos normais de precipitações pluviométricas essa tecnologia pode permitir a exploração de dois ciclos de cultura, sendo o primeiro de forma tradicional, isto é, com a cultura sendo explorada com a água da chuva, e o segundo, utilizando-se a água que fica armazenada no reservatório para irrigação(lopes, S/d). 14
Irrigacao de salvacao em culturas de ciclo curto 4.3Cisternas Servem para captar e armazenar as águas das chuvas que escorrem de telhados e outras áreas pavimentadas. A cisterna é formada por um conjunto de estruturas composta pelo sistema de captação, sistema de filtragem, reservatório de armazenamento e sistema de tratamento da água. Existem basicamente dois modelos de cisternas: - Para captação de água de telhado; - Para captação de água de áreas pavimentadas. Informações informações técnicas sobre a construção de cisternas podem ser encontradas na página eletrônica da Embrapa Suínos e Aves (www.cnpsa.embrapa.br), no link Eventos, no Seminário sobre Cisterna. Apostilas do evento e folders 5. Outras Técnicas 5.1 Sistema colecta e armazenagem de água de chuva para uso não potável http://www.usp.br/agen/bols/2004/rede1394.htm#primdestaq Equipamento instalado na policolecta, analisa e reaproveita água de chuva, que pode ser usada em vasos sanitários, irrigação de jardins e limpeza em geral. Trata-se de um sistema de 15
colecta e aproveitamento de água de chuva para consumo não potável em edificações. O objectivo é colectar e armazenar água para ser na limpeza de vasos sanitários irrigação de jardins, limpeza de calçadas e pátios, lavagem de veículos, etc. O sistema é composto por um colector automático de amostras sequênciais de água de chuva e por três caixas de água com capacidade para 500 litros cada uma. No sistema de coleta e armazenamento, a água passa por um vertedouro onde faz-se a leitura do volume que está chegando aos reservatórios. Uma bomba recalca a água de chuva para um terceiro reservatório que está sobre a laje do edifício, que abastece os dois vasos sanitários do edifício. O sistema pode ser facilmente adaptado em uma residência, por exemplo: Basta que sejam instaladas calhas, um reservatório de acumulação e peneiras, para retirada de folhas e galhos. Após o descarte dos primeiros 15 a 20 minutos, onde faz-se a limpeza do telhado, a água de chuva poderá ser coletada e utilizada onde não há necessidade de água potável na edificação. 5.2 Barreiros - para suprir as necessidades hídricas dos rebanhos a Embrapa Semi-Árido recomenda as pequenas barragens 16
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Critchley, W & Siegert, K.1991. A manual for design and constrution of water harvesting Schemes for plant. FAO. Roma De Araújo, Q.R.; Marrocos, P. C. L.;Serôdio, M. H. De C. F. s/ d. Disponível em http://www.ceplac.gov.br/radar/conservacaosolo.htm visitado a 10/09/05 Lorenz, Gunter, 1965) Disponível em http://www.comciencia.br/reportagens/2005/02/03.shtml visitado a 03/09/05 Lopes, P. R. C. s/ d Disponível em: http://www.comciencia.br/reportagens/agronegocio/17.shtml Visitado a 04/09/05 Hatibu,N. & Mahoo,H.s/d. Rainwater harvesting technologies for agricultural production: A case for Dodoma, Tanzania 17
Disponível em http://www.fao.org/ag/ags/agse/3ero/namibia1/c21.htm visitado a 18.09.05 Post, J. 2004. Micro-catchments: Run-off colection for productive purposes. Disponível em http://peacecorps.mtu.edu/microc.html Prinz, D. & Singh,A. s/d. Technological-Potential for Improvement of Water Harvesting Disponível em http://www.dams.org/docs/kbase/contrib/opt158.pdf visitado a 18.09.05 http://www.usp.br/agen/bols/2004/rede1394.htm#primdestaq visitado a 03/09/05 http://www.banet.com.br/construcoes/uso_geral/obras_de_captacao_de_agua.htm 18