Drenagem na Agricultura Disciplina: Irrigação e Drenagem Prof.: Marcos Eric Introdução Conceito: Remoção, por meio artificiais, o excesso de água acumulado no perfil ou na superfície do solo Objetivos na agricultura Proporcionar condições ideais ao crescimento e desenvolvimento das culturas Aumentar a produtividade Benefícios Aumentar a produtividade Adubação nitrogenada Aumentar área agricultável Melhorar a saúde publica e animal Métodos de drenagem Natural Quando a própria força da água é responsável pela retirada do excesso de água do solo Artificial Quando a natural não é suficiente ou quando há ação antrópica Tipos: 1
Efeitos da falta de drenagem De forma geral Indisponibilidade de nutrientes Indisponibilidade de oxigênio Ocorrência de compostos tóxicos Propriedades físicas Aeração: processo dinâmico de trocas gasosas na porosidade do solo Lei de Fick C q= D L q = fluxo de gases no solo D = constante de difusividade C = gradiente de concentração de ar L = distância para deslocamento do ar Efeitos da falta de drenagem Propriedades físicas Textura Desarranjo nas partículas: Silte; Areia; Argila Estrutura Quebra devido ao desbalanceamento dos minerais no solo (principalmente Na + ) Temperatura Q= m θ T Propriedades químicas Nitrogênio... redução Ferro... aumento O calor específico da água é cinco vezes maior que o do solo Efeitos da falta de drenagem Nas Culturas Sustentação Absorção de água e nutrientes Síntese de hormônios (Ac. Giberélico) Fonte: Carvalho & Ishida, 2002 Feijão sob alagamento, (Custódio et al, 2002) 2
Necessidade de Lixiviação Em regiões áridas e semi-áridas, principalmente, a água de irrigação pode ser salina e prejudicar a cultura. Sob tais condições, deve-se aplicar uma fração adicional de água, a cada irrigação, para lixiviar o excesso de sais e prevenir a salinização do solo. Fração de lixiviação (FL): Lx FL= Ln Onde: Lx: lamina de lixiviação Ln: lamina necessária para satisfazer a ETc e a lixiviação Necessidade de lixiviação Após equilíbrio FL pode ser estimado por: Onde: CEa CE = CE d d : Condutividade elétrica da água de drenagem FL CE a : Condutividade elétrica da água de irrigação Figura 10: perfil de concentração de sais (Ayers & Westcot, 1999) Figura 11: salinidade esperada, após equilíbrio. (Ayers & Westcot, 1999) 3
Tabela 1: Fatores de concentração (fc) para estimar a salinidade do extrato de saturação (Ayers & Westcot, 1999) Fator de Concentração CE (ds m-1) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 y = 1,1825x + 2,934 R 2 = 0,9898 0 1 2 3 4 CE água (ds m-1) Figura 11: fator de concentração de sais em substrato em mudas cítricas. (Brito, 2007) Figura 12: efeito da CE a sobre a CE es na zona radicular para várias frações de lixiviação. (Ayers & Westcot, 1999) Necessidade de lixiviação Calculo da necessidade de lixiviação (NL) Rhoades, 1974; Rhoades & Merril, 1976: NL CE a Obs.: CE = es é obtido de acordo com a salinidade limiar 5 da cultura. CEes CEa Lamina necessária (Ln) Onde: Etc Ln= 1 NL ETc: evapotranspiração da cultura NL: necessidade de lixiviação Salinidade Limiar das culturas Cultura Algodoeiro Salinidade Limiar (CE es ) 7,7 ds m -1 Cultura Milho Salinidade Limiar (CE es ) 1,7 ds m -1 Trigo 5,7 ds m -1 Pomelo 1,8 ds m -1 Soja 5,0 ds m -1 Laranjeira 1,7 ds m -1 Feijão Fava 1,5 ds m -1 Videira 1,5 ds m -1 Feijão 1,0 ds m -1 Milho doce 1,7 ds m -1 Beterraba 4,0 ds m -1 Alfafa 2,0 ds m -1 Pimentão 1,5 ds m -1 Morangueira 1,0 ds m -1 Tomate 2,5 ds m -1 Arroz 3,3 ds m -1 4
Diagnóstico da necessidade de drenagem Introdução Topografia Pedologia Propriedades físico hídricas do solo Nível freático Diagnóstico da necessidade de drenagem Propriedades do solo Porosidade do solo: porção do solo ocupada pelo ar e água dg α = 1 *100 dp α = porosidade total dg = densidade global dp = densidade das partículas Importante se determinar a macro e microporosidade Porosidade livre (β) θ d = estado de umidade desejado β = α - θ d α = porosidade total Β ideal: entre 10 e 14% Exercício Considerando uma área com 20 ha, apresentando uma camada de impedimento a 1,10 m, havendo um altura de encharcamento de 70 cm com umidade (α) de 0,45 m³/m³, desejando-se uma porosidade livre de água de 12% em base de volume. Determinar: O Volume de água no solo. O volume de água drenável. A lâmina de água equivalente ao volume de água drenável. A umidade desejada no solo. 5
Diagnóstico da necessidade de drenagem Propriedade do solo Condutividade hidráulica Capacidade do solo transmitir água em meio saturado ( não transiente) ou não saturado (transiente) Dado pela equação de Darcy V q= A t Ko Ψ q= x q = fluxo de água no solo K o = condutividade hidráulica do solo Ψ = gradiente de potencial x = diferença de nível entre os pontos Diagnóstico da necessidade de drenagem Propriedades do solo Condutividade hidráulica Determinação W H Estaca Y0 Trena com bóia Superfície do solo D Camada Impermeável Continuação W Nível de recuperação útil y yt y o H Leituras úteis: y (y o - W) / 4 D 2 k 4000*r * y o = y (H+ 20*r)*(2 m )*y t H m Camada Impermeável 6
Exercício Considerando os dados abaixo: calcular a condutividade hidráulica com tempo de 105 s 20cm 40cm Nível de recuperação útil y 100cm 120cm 80cm Leituras úteis: y (y o - W) / 4 r = 3,8 cm 50cm Camada Impermeável 2 k 4000*r * y o = (H+ 20*r)*(2 y )*y t H Diagnóstico da necessidade de drenagem Propriedades do solo Condutividade hidráulica: Determinação Método do Poço seco Usado quando não há presença de lençol freatico Método do Permeametro de carga Método de laboratório Usa amostra de solo inderformada Menor precisão Pontual Diagnóstico da necessidade de drenagem Mapas de nível freático Mapa de Isoípsas (Cargas equivalentes) Objetivo: indicar o fluxo de água no solo 1. Pontos de recarga 2. Pontos de descarga Mapa de Isóbatas Diferença de nível em relação a superfície Objetivo: indicar quais ponto tem maior necessidade de drenagem Zonas Umidas e semi-umidas: 1,0m Zonas Áridas e semi-áridas: 2,0 m 7
Sistemas de drenagem Tipos de drenos Drenos abertos: São escavações alongadas com pequeno declive longitudinal Tipos Canal trapezoidal Canal parabolóide Terraço Camalhão Drenos Cobertos Tipo Livre Tipo Tubulares Sistemas de drenagem Componentes do sistema Drenos laterais ou de campo Drenos coletores ou secundários Dreno principal ou mestre Sistema de saída Dreno lateral Dreno secundário Dreno principal Dimensionamento Drenagem superficial Objetivo: Eliminação da água que cobre a superfície dos terrenos; Aplicação: áreas planas com solos: baixa velocidade de infiltração; baixa permeabilidade; Com camadas impermeáveis logo abaixo da superfície; Áreas de baixa declividade: Problemas de excesso de água Tipos: Para eliminação das águas das chuvas; Para Eliminação de excesso de água 8
Eliminação das águas da Chuva Finalidade: Dimensionar os canais, interceptores ou drenos. Calculo: Q = C.I.A.360-1 Onde: Q = Vazão máxima de escoamento (m s - 1 ) A = Área contribuição (ha); I = intensidade máxima de chuva (mm dia - 1 ) C = Coeficiente de escoamento; Eliminação das águas da Chuva Tabela 1: Valores do Coeficiente de escoamento (C), segundo Millar Declividade (%) Solo arenoso Florestas Solo franco Solo argiloso 0 5 0,10 0,30 0,40 5 10 0,25 0,35 0,50 10 30 0,30 0,50 0,60 Pastagens 0 5 0,10 0,30 0,40 5 10 0,15 0,35 0,55 10 30 0,20 0,40 0,60 Terras Cultivadas 0 5 0,30 0,50 0,60 5 10 0,40 0,60 0,7 10 30 0,50 0,70 0,80 Eliminação das águas da Chuva Em drenagem Agrícola I = Id.48-1 Onde: Id = total máximo de precipitação que ocorre em um período de 24 horas (mm); Em drenagem urbana: I = Tc E Tc = 0,0256 x K 0,77 sendo K = (L/ S) = (L³/H) Onde: Tc = tempo de concentração (mim); L = Comprimento máximo percorrido pela água dentro dá área de contribuição; S = declividade geral da área de contribuição; H diferença de nível entre o ponto mais afastado e a saída. 9
Drenagem superficial em áreas com excesso de umidade Situação: Regiões úmidas e semi-úmidas; Várzeas. Solução: Associar drenagem superficial com drenagem do solo. Sistemas de Drenagem Superficial Sistema Natural: Sistemas de Drenagem Superficial Sistema em Camalhão: 10
Sistemas de Drenagem Superficial Sistema Interceptor: Sistemas de Drenagem Superficial Sistema com drenos rasos e paralelos: Sistemas de Drenagem Superficial Sistematização: 11
Capacidade dos Drenos Importância: projetar sistema de drenagem superficial em qualquer área; Determinação: Método do balanço hídrico: Q = 2,78 Cd Onde: Q = capacidade do dreno, em l s - 1 ; Cd = Coeficiente de drenagem. Sendo que: Cd = (P-Ev-VIB) (Td) -1 Onde: P = precipitação máxima da área (mm dia - 1 ); Ev = evaporação na área (mm dia - 1 ); VIB = velocidade de infiltração básica (mm dia - 1 ); Td = tempo de drenagem, (horas por dia de balanço hídrico) Dimensionamento drenagem subterrânea Objetivo: remover o excesso de água no interior do solo Determinar: Lâmina a ser retirada Diâmetro do dreno Espaçamento entre os drenos Lâmina a ser retirada Coeficiente de drenagem Solo Hd β Cultura Q= t Fonte de água Q = vazão de saída de água: mm/dia Hd = lâmina que drena mm β = porosidade livre (%) t = tempo (dia) Dimensionamento de drenagem subterrânea Diâmetro do dreno (D d ) D d = 0,2557 Q Espaçamento entre drenos (S) Fluxo permanente Equação de Donnam (1946) 0,3749 Fluxo variável Equação de Glover Dirm (1954) 2 4 Ko ( D S = Q 2 d 2 ) 2 π Ko dt S = h o β ln 1,16 ht 12
Exercício Considerando uma área, no semi-árido Paraibano, com nível freático em 40 cm, onde esta plantado capim elefante que mantém o sistema radicular a 90 cm de profundidade, tolerando até 3 dias de estresse anoxitico a deseja uma porosidade livre de água de 10%, calcular: A) A lâmina a ser retirada da área. B) O diâmetro do dreno lateral C) O espaçamento entre os drenos (fluxo variável) 13