Irrigação - Apostilas - Agronomia Part1, Notas de estudo de Agroflorestal

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PROF. JORGE LUIZ PIMENTA MELLO, D.S. PROF. LEONARDO DUARTE BATISTA DA SILVA, D.S. ABRIL – 2007
IRRIGAÇÃO II Este material se constitui no principal apoio à condução das disciplinas IT 115 – Irrigação e Drenagem, oferecida ao curso de Licenciatura em Ciências Agrícolas e IT 157 – Irrigação, oferecida aos cursos de Agronomia e Engenharia Agrícola. IRRIGAÇÃO V AGRADECIMENTO Deixo, aqui registrado a minha satisfação em participar desse trabalho com o Professor Jorge Luiz Pimenta Mello, que desde quando cheguei à UFRRJ em 2002, foi sempre uma referência, um incentivador e um grande amigo. Espero que esse trabalho seja apenas o primeiro de muitos, que com certeza ainda virão. Obrigado pela oportunidade de ser co-autor deste texto que visa promover o ensino público, gratuito e de qualidade, cuja meta principal é contribuir para construção de um país melhor para todos. UFRRJ, outubro de 2006. PROF. LEONARDO DUARTE BATISTA DA SILVA IRRIGAÇÃO VI 
Pág. Capítulo I – Introdução ao estudo da irrigação I.1 1.1 – Considerações iniciais I.1 1.2 – Histórico e desenvolvimento I.1 1.3 – A irrigação no Brasil e no mundo I.4 1.4 – Área irrigada e métodos de irrigação utilizados nas diferentes regiões do Brasil I.8 1.5 – A irrigação e o meio ambiente I.12 1.6 – Contaminação dos mananciais hídricos I.13 1.7 – Cobrança pelo uso da água para irrigação I.14 1.8 – Tipos de sistemas I.16 1.9 – Critérios para a seleção do método I.16 1.10 – Vantagens da irrigação I.17 Capítulo II – Estudos Climáticos: Evapotranspiração II.1 2.1 – Introdução II.1 2.2 – Conceitos fundamentais II.3 2.3 – Fatores intervenientes no processo de evapotranspiração II.3 2.4 – Evapotranspiração potencial das culturas e a de referência II.4 2.5 – Quantificação da evapotranspiração II.6 2.5.1 – Métodos diretos II.8 2.5.1.1 – Lisímetros II.8 2.5.1.2 – Parcelas experimentais no campo II.11 2.5.2 – Métodos indiretos II.12 2.5.2.1 – Tanque Evaporimétrico “Classe A” II.12 2.5.2.2 – Método de Thornthwaite II.16 2.5.2.3 – Método de Blaney-Criddle modificado (FAO) II.19 2.4.2.3 – Método da Radiação II.23 2.4.2.4 – Método de Hargreaves – Samani II.27 2.4.2.5 – Método de Penman-Monteith-FAO II.29 Capítulo III – Estudos Pedológicos III.1 3.1 – Disponibilidade de água no solo III.1 3.2 – Infiltração da água no solo III.6 3.2.1 – Introdução III.6 3.2.2 – Equações representativas da infiltração III.8 3.2.2.1 – Equação tipo potencial III.8 3.2.2.1 – Equação tipo potencial modificada (equação de Kostiakov-Lewis) III.12 3.2.3 – Métodos de determinação de Vi e I III.13 3.2.3.1 – Método do infiltrômetro de anel III.13 3.2.3.2 – Método do infiltrômetro de sulco III.14 3.2.3.3 – Método da entrada e saída da água no sulco III.15 3.2.4 – Resolução da equação de infiltração utilizando o método numérico de Newton-Raphson III.19 Capítulo IV – Sistemas de Irrigação IV.1 4.1 – Introdução IV.1 4.2 – Parâmetros para o dimensionamento de um sistema de irrigação IV.2 4.3 – Classificação dos sistemas de irrigação IV.5 4.4 – Fatores que influenciam na escolha do método de irrigação IV.5 IRRIGAÇÃO VII Capítulo V – Irrigação por Aspersão V.1 5.1 – Introdução V.1 5.1.1. – Forma de aplicação da água V.1 5.1.2. – Adaptabilidade do sistema V.2 5.1.2.1. – Solos V.2 5.1.2.2. – Topografia V.2 5.1.2.3. – Clima V.2 5.1.2.4. – Culturas V.3 5.2 – Vantagens e limitações do sistema V.3 5.3 – Componentes do sistema V.4 5.3.1 – Aspersores V.4 5.3.1.2 – Classificação quanto ao mecanismo de rotação V.5 5.3.1.3 – Classificação quanto à pressão de serviço do aspersor V.5 5.3.2 – Tubulações V.5 5.3.3 – Moto-bomba V.6 5.3.4 – Acessórios V.6 5.4 – Classificação dos sistemas por aspersão V.6 5.5 – Disposição dos aspersores no campo V.7 5.6 – Fatores que afetam o desempenho de um aspersor V.8 5.6.1 – Bocais dos aspersores V.8 5.6.2 – Pressão de serviço dos aspersores V.8 5.6.3 – Superposição V.8 5.6.4 – Ventos V.9 5.7 – Vazão dos aspersores V.9 5.8 – Intensidade de precipitação dos aspersores V.9 5.9 – Seleção do aspersor V.9 5.10 – Dimensionamento das tubulações V.10 5.10.1 – Linhas laterais V.10 5.10.1.1 – Considerações sobre perda de carga (hf) nas linhas laterais V.12 5.12.1.2 – Determinação do fator de Christiansen V.12 5.10.1.3 – Procedimento para dimensionamento de LL com dois diâmetros V.15 5.10.1.4 – Relação entre a pressão no início da LL, no final e pressão média V.20 5.10.1.5 – Linhas ou ramais de espera em sistemas por aspersão V.22 5.10.2 – Linha principal V.25 5.11 – Altura manométrica total V.27 5.12 – Potência do conjunto moto-bomba V.27 5.13 – Projeto de um sistema de irrigação por aspersão convencional V.27 5.14 – Desempenho de um sistema de irrigação por aspersão convencional V.38 Capítulo VI – Irrigação Localizada VI.1 6.1 – Introdução VI.1 6.2 – Vantagens do sistema VI.2 6.3 – Limitações do sistema VI.2 6.4 – Componentes do sistema VI.2 6.5 – Descrição dos componentes do sistema VI.3 6.5.1 – Moto-bomba VI.3 6.5.2 – Cabeçal de controle VI.3 6.5.3 – Linha principal VI.3 6.5.4 – Linha de derivação VI.3 6.5.5 – Linha lateral VI.3 6.5.6 – Emissores VI.3 6.6 – Dimensionamento do sistema – gotejamento VI.4 6.6.1 – Quantidade de água necessária VI.4 6.6.2 – Evapotranspiração VI.4 IRRIGAÇÃO CAP.I - 1 CAPÍTULO I INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA IRRIGAÇÃO 1.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS A técnica da irrigação pode ser definida como sendo a aplicação artificial de água ao solo, em quantidades adequadas, visando proporcionar a umidade adequada ao desenvolvimento normal das plantas nele cultivadas, a fim de suprir a falta ou a má distribuição das chuvas. Dessa forma, o objetivo que se pretende com a irrigação é satisfazer as necessidades hídricas das culturas, aplicando a água uniformemente e de forma eficiente, ou seja, que a maior quantidade de água aplicada seja armazenada na zona radicular à disposição da cultura. Este objetivo deve ser alcançado sem alterar a fertilidade do solo e com mínima interferência sobre os demais fatores necessários à produção cultural. Os fatores necessários para prover as culturas de água necessária para máxima produtividade, são principalmente: energia, água, mão-de-obra e as estruturas de transporte da água, devendo existir uma completa inter-relação entre eles de tal forma que se um deles não se encontrar bem ajustado, o conjunto ficará comprometido, prejudicando o objetivo a ser alcançado que é a máxima produtividade. 1.2 - HISTÓRICO E DESENVOLVIMENTO Na literatura, nota-se que a irrigação foi uma das primeiras modificações no ambiente realizadas pelo homem primitivo. As primeiras tentativas de irrigação foram IRRIGAÇÃO CAP.I - 2 bastante rudimentares, mas a importância do manejo da água tornou-se evidente na agricultura moderna. Tribos nômades puderam estabelecer-se em determinadas regiões, irrigando terras férteis e, assim, assegurando produtividade suficiente para a sua subsistência. Dados históricos das sociedades antigas mostram a sua dependência da agricultura irrigada, onde grandes civilizações desenvolveram-se nas proximidades de grandes rios como o rio Nilo, no Egito, por volta de 6000 A.C, rio Tigre e Eufrates, na Mesopotâmia, por volta de 4000 a.C., e Rio Amarelo, na China, por volta de 3000 a.C. Na Índia, há indícios da prática da irrigação em 2500 a.C. Nas civilizações antigas, a irrigação era praticada fazendo-se represamentos de água cercados por diques. Com o avanço da tecnologia e divulgação das mesmas, a irrigação espalhou-se por várias partes do mundo. Todos os anos, as águas do Nilo, engrossadas pelas chuvas que caem em setembro/outubro nas cabeceiras, cobriam as margens e se espalhavam pelo Egito. Quando baixavam, deixavam uma camada de húmus extremamente fértil, onde os camponeses plantavam trigo e seus animais pastejavam. Havia, entretanto, um grave inconveniente: se a cheia era muito alta, causava devastação; se fosse fraca, restavam menos terras férteis para semear e os alimentos escasseavam - eram os anos de vacas magras. Tornava-se vital controlar essas cheias. Sob o comando do faraó Ramsés III, os egípcios construíram diques que prensaram o rio em um vale estreito, elevando suas águas e represando-as em grandes reservatórios, de onde desciam aos campos através de canais e comportas, na quantidade desejada. O homem começava a dominar a ciência da irrigação e se dava conta de sua importância para o progresso. Experiências semelhantes ocorriam em outras partes do mundo de então. A maioria das grandes civilizações surgia e se desenvolvia nas bacias dos grandes rios. Na Índia, os métodos de irrigação nos vales dos rios Indo e Ganges são conhecidos e praticados desde os tempos memoriais. Na China, sua imensa população sempre teve que realizar muitos esforços para cultivar arroz. Com muito engenho, o camponês chinês elevava a água, por processo manual, até os terraços que construíam nas escarpas das montanhas e, de lá, distribuíam-na cuidadosamente, quadra por quadra, com total aproveitamento do líquido e do solo. A irrigação no México e América do Sul foi desenvolvida pelas civilizações Maias e Incas há mais de 2000 anos. A técnica da irrigação continua a ser utilizada nessas terras, em algumas com sistemas de condução e distribuição de água bem antigos. No Irã, IRRIGAÇÃO CAP.I - 3 Ganats, túneis com 3000 anos conduzem água das montanhas para as planícies. Barragens de terra construídas para irrigar arroz no Japão, bem como tanques de irrigação em Sri Lanka, datam 2000 anos e se encontram em pleno uso. Nos EUA, a irrigação já era praticada pelos índios da região sudoeste a 100 A.C.. Exploradores espanhóis encontraram evidências de canais de irrigação e derivações ao longo de vários pontos dos rios. Os espanhóis também introduziram aos índios novos métodos de irrigação e novas culturas irrigadas, tais como frutíferas, vegetais, oliveira, trigo, e cevada. Como em outras áreas do mundo a irrigação permitiu que índios se estabelecessem e desfrutassem de fonte mais segura de alimentos. Os pioneiros na região oeste dos EUA não foram diferentes do que os povos das civilizações antigas. Os agricultores desenvolveram técnicas de irrigação que eram empregadas através de cooperativas. O desenvolvimento da agricultura irrigada no oeste americano teve apoio do governo através dos atos: Desert Land Act em 1877 e do Carey Act em 1894. Nas regiões sudoeste da Califórnia e Utah, a irrigação não expandiu rapidamente até o ato Reclamation Act, em 1902. O desenvolvimento da irrigação deveu-se ao apoio do governo, fornecendo crédito, e técnicos especializados para a construção da infra-estrutura de distribuição e armazenamento de água para irrigação. Depois da Segunda Guerra Mundial, a agricultura irrigada expandiu rapidamente na região Central das Grandes Planícies e na região Sudoeste. Nos últimos anos, a expansão das áreas irrigadas tem diminuído bastante em função dos baixos preços em commodities, da alta dos custos de energia e da menor disponibilidade dos recursos hídricos. O Japão, a Indonésia e outros países do Oriente adotaram sistemas parecidos. Aqui na América do Sul, os Maias, Incas e Astecas deixaram vestígios de suas obras de irrigação onde hoje se localizam o México, Peru, norte do Chile e Argentina. Na Espanha e na Itália ainda sobrevivem redes de canais e aquedutos dos tempos dos dominadores árabes e romanos. Israel e Estados Unidos constituem exemplos a parte. Sem a irrigação, a agricultura seria impossível em Israel, com seu solo pedregoso, ausência severa de chuvas e um único rio perene, o Jordão. Aproveitando de forma extremamente racional o pequeno Jordão, construindo imenso aqueduto do lago Tiberíades até o deserto de Neguev, extraindo água dos mananciais subterrâneos e aplicando modernos processos científicos no uso econômico da água, a nação israelense consegue não só abastecer-se como exportar cereais, frutas e laticínios. Já os Estados Unidos dispensam comentários na condição de IRRIGAÇÃO CAP.I - 6 A irrigação "profissional" deve ser entendida como aquela em que o agricultor investe na tecnologia de irrigação, buscando garantir, aumentar ou melhorar sua produção. É praticada principalmente nos Estados de São Paulo, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Paraná e Santa Catarina. Adotam-se, em geral, duas safras anuais em culturas de maior retorno econômico, como feijão, frutas, produção de sementes selecionadas, tomate e flores. Predomina o método da aspersão, com uma tendência para a utilização de equipamentos do tipo pivô central, que são automatizados e cobrem grandes áreas (em média 50 a 60, chegando a mais de 120 hectares por um único equipamento). Tal irrigação desenvolveu-se a partir de 1980, impulsionada por programas de incentivo e pela implantação da indústria nacional de equipamentos. Disponibilidade restrita de recursos hídricos e de energia elétrica no meio rural são empecilhos para a sua maior expansão. A região dos cerrados do Brasil Central é considerada de grande potencial para a adoção da agricultura irrigada, podendo transformar-se em enorme celeiro de produção de grãos. A partir de 1995, houve um crescimento significativo da irrigação no país, com a implementação de projetos particulares e a diversificação dos métodos de irrigação. Em 1996, na implantação de projetos privados, foram incluídos aproximadamente 10 mil hectares em 3.100 operações de investimentos, envolvendo, aproximadamente, US$ 23,2 milhões (média de US$ 7.480 por ha), com a seguinte participação regional: • Norte: 2,4%; • Nordeste: 26,4%; • Centro-oeste: 34,1%; • Sudeste: 25,6%; e • Sul 11,5%. A história da irrigação no Nordeste está vinculada à luta contra a falta de água no polígono das secas. Desde o Segundo Império, é constante a promessa de irrigar a região com a política de construção de açudes e resultados práticos muito localizados. Condições adversas de clima, solos em geral inadequados, falta de infra-estrutura, sérios problemas na estrutura fundiária, práticas agrícolas de baixo nível tecnológico e questões políticas são alguns problemas existentes. A implantação de um perímetro irrigado envolve custos muito elevados, de 6 mil a 20 mil dólares por hectare. Os projetos particulares consomem entre 600 a 3.500 dólares. O perímetro deve ser suprido com rede de energia elétrica, escolas, hospitais, estradas, habitações, treinamento etc. Alguns projetos públicos foram instalados sob o enfoque de uma "solução social". Existem também problemas de salinização do solo devido ao manejo inadequado da irrigação e falta de drenagem. Chapman (1975) estimou em mais de 25 mil hectares de área IRRIGAÇÃO CAP.I - 7 total salinizada nessa região do Brasil. Sob esse aspecto, devem ser considerados os projetos Morada Nova e Curu-Paraipava, ambos no Ceará, dentre outros. A iniciativa privada soube ser mais eficiente, tirando proveito da infra-estrutura, bem como dos resultados positivos das próprias iniciativas governamentais, e vem obtendo sucesso com a irrigação, principalmente nos Estados do Ceará, Rio Grande do Norte, Bahia e Pernambuco. Pode ser destacado o projeto do Grupo Maisa (Mossoró Agro Industrial S.A.), em Mossoró (RN), que abastece praticamente todo o país com melão produzido sob irrigação localizada e com uso de água subterrânea. No Vale do São Francisco, região favorecida pela insolação e pela disponibilidade de água, floresce auspiciosamente, no pólo Petrolina-Juazeiro, a agricultura irrigada (merecem destaque os projetos Tourão, Nilo Coelho e do grupo Milano). Baseada na infra-estrutura governamental e ligada à iniciativa privada, essa agricultura irrigada abastece uma agroindústria recém implantada e fornece frutas para o mercado interno e para exportação. Em termos de extensão, toda a região nordestina contribui com menos de 300.000 ha do total irrigado no país. De acordo com dados da FAO (Food and Agriculture Organization), a China possui a maior área irrigada do planeta, sendo esta superior a 52 milhões de hectares. O Brasil ocupa a 17ª posição, com mais de 2,6 milhões de hectares irrigados (Tabela I.1). A maioria da área irrigada no mundo teve seu desenvolvimento recentemente. Em 1961 era cerca de 137 milhões de hectares, que se expandiu a uma taxa de 2% ao ano. Atualmente esta expansão caiu para uma taxa de 1% ao ano. A área irrigada nos EUA era de aproximadamente 7,5 milhões de hectares em 1945. Nesta época essas áreas eram distribuídas na região sudoeste (2,3 milhões de ha), nos estados montanhosos (2,5 milhões de ha) e a região noroeste (1,4 milhões de ha). A seca da década de 1950 estimulou a irrigação nas Grandes Planícies (Nebraska, Iowa, Oklahoma, Kansas, etc) com água subterrânea bombeada do vasto aqüífero Ogallala. Com o surgimento do sistema de irrigação por aspersão por Pivô Central e a água subterrânea prontamente disponível, a irrigação expandiu rapidamente nas décadas de 60 e 70. A área irrigada expandiu na região úmida do sudeste também nas décadas de 60 e 70. O total de área irrigada essencialmente se estabilizou na década de 80, em função do baixo preço de commodities, do alto preço da energia e do escasseamento dos recursos hídricos. Em 1987, a área irrigada nos EUA era estimada em 19 milhões de ha. IRRIGAÇÃO CAP.I - 8 Tabela I.1 - Relação dos vinte primeiros países com maiores áreas irrigadas no mundo País Área (1000 ha) País Área (1000 ha) País Área (1000 ha) China 52.800 Uzbequistão 4.281 Itália 2.698 Estados Unidos 21.400 Turquia 4.200 Japão 2.679 ã 7.562 Bangladesh 3.844 Brasil (17o) 2.656 México 6.500 Espanha 3.640 Ucrânia 2.454 Indonésia 4.815 Iraque 3.525 Austrália 2.400 Tailândia 4.749 Egito 3.300 Afeganistão 2.386 Federação Russa 4.663 Romênia 2.880 Mundo 271.432 Fonte: FAO, 2000. Dados referentes ao ano de 1998. BRASIL: 1.4 - ÁREA IRRIGADA E MÉTODOS DE IRRIGAÇÃO UTILIZADOS NAS DIFERENTES REGIÕES DO BRASIL A irrigação no Brasil apresenta características diferentes no Nordeste e no Sul. Ainda que tenham surgido nas duas regiões simultaneamente, no início do século, a irrigação desenvolveu-se com características bem diferenciadas. Enquanto no Nordeste as iniciativas nasceram do poder público, no Sul a iniciativa foi predominantemente particular. Com os dados recebidos de órgãos estaduais, em 1996, a Secretaria de Recursos Hídricos do MMA (SRH/MMA) contabilizou cerca de 2,63 milhões de hectares irrigados no Brasil. A região Sul se destacou como a mais irrigada, com cerca de 1,15 milhões de hectares, seguida da região Sudeste, com mais de 800 mil hectares. A região Nordeste vem a seguir, com mais de 400 mil, depois a Centro-Oeste, com aproximadamente 200 mil hectares e, finalmente, a região Norte, com 80 mil hectares irrigados, como ser observado na Tabela I.2 e Figura I.2. Apesar do esforço da SRH/MMA em obter informações recentes sobre a irrigação no Brasil, estima-se em, aproximadamente, 3 milhões de hectares a extensão da área irrigada no Brasil. Entretanto, isto representa apenas 4% da área cultivada, percentagem considerada muito baixa, frente aos valores médios de 15% fornecidos pela FAO. Divisas 25% Produção 16% Área cultivada / Área Irrigada 4% IRRIGAÇÃO CAP.I - 11 Figura I.2 – Distribuição das áreas irrigadas por Estados e Regiões. Áreas irrigadas – Região Sul PR 5% SC 10% RS 85% Áreas irrigadas – Região Sudeste ES 5% MG 32% RJ 9% SP 54% Áreas irrigadas – Região Nordeste AL 2% BA 35% PE 21% PI 5% RN 4% SE 4% CE 19% MA 10% Áreas irrigadas – Região Centro Oeste DF 6% GO 59% MT 4% MS 31% Áreas irrigadas – Região Norte PA 8% RR 6% AC 1% TO 83% AM 2% Áreas irrigadas – Brasil R. C. Oe st e 7% R. Nort e 3% R. Norde st e 15% Re giã o S ul 44% R. S ude st e 31% IRRIGAÇÃO CAP.I - 12 1.5 - A IRRIGAÇÃO E O MEIO AMBIENTE Os impactos positivos da atividade agrícola, como geração de empregos, oferta de alimentos, produtos essenciais à vida humana, fixação do homem no campo ou em pequenos centros, são evidentes, amplamente reconhecidos e de grande importância. Mas, de certa forma a sociedade tem sido complacente com os danos ambientais provocados pelas atividades agrícolas, em favor dos benefícios gerados pelo setor. No entanto, é irracional e injustificável que, para produzirmos o alimento de hoje, comprometamos os recursos naturais de amanhã. O impacto ambiental é definido pela resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) 001/86 (CONAMA, 1992), como qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas que direta ou indiretamente afetam: • a saúde, a segurança e o bem-estar da população; • as atividades sociais e econômicas; • a biota; • as condições estéticas e sanitárias do meio ambientes; e, • a qualidade dos recursos ambientais. É importante ressaltar que o conceito de impacto ambiental abrange apenas os efeitos da ação humana sobre o meio ambiente, isto é não considera os efeitos oriundos de fenômenos naturais, e ainda dá ênfase principalmente aos efeitos destes impactos no homem, demonstrando uma conotação antropocêntrica dessa definição. Existem muitas evidências no mundo de que, após os benefícios iniciais da irrigação, grandes áreas têm-se tornado impróprias à agricultura. Apesar de seus imensos benefícios, ela tem criado impactos ambientas adversos no solo, à disponibilidade e qualidade da água, à saúde pública, à fauna e flora e, em alguns casos, às condições socioeconômicas da população local. Em geral os grandes projetos de irrigação incluem barragens, lagos, unidades de bombeamento, canais e tubulações, sistema de distribuição de água nas parcelas e sistemas de drenagem. Assim, para analisar os efeitos da irrigação sobre o meio ambiente, devem ser considerados os diversos tipos de impactos ambientais inerentes aos projetos de irrigação, ou seja, impactos ambientais nas áreas inundadas, impactos ambientais a jusante das barragens e impactos ambientais propriamente dito. IRRIGAÇÃO CAP.I - 13 Não se pode concordar com aqueles que preconizam a paralisação do desenvolvimento de novos projetos de irrigação por causa de possíveis problemas ecológicos, mas também não se pode concordar com os que desconsideram totalmente os impactos ambientais relacionados com os novos projetos e se apóiam somente na relação custo-benefício. Ambos analisam, exclusivamente, uma única face do problema. Acredita-se que, na maioria dos casos, é possível compatibilizar desenvolvimento e proteção do meio ambiente. O insumo água é tão importante quanto qualquer outro, mas pouco se tem feito quanto ao seu uso racional. A partir daí, nos deparamos com as técnicas de manejo da irrigação. Conhecendo-se as características físico-hídricas do solo, o clima, a cultura e os princípios de funcionamento dos equipamentos de irrigação, pode-se propor um uso racional da água e, conseqüentemente, sem danos ao meio ambiente (Folegatti, 1996). 1.6 - CONTAMINAÇÃO DOS MANANCIAIS HÍDRICOS Muitas vezes, devido à necessidade de controle de sais do solo, baixa eficiência do sistema de irrigação ou mesmo à falta de um manejo criterioso da irrigação, a quantidade de água aplicada pode ser bastante superior àquela necessária. O excesso de água aplicada que não é evapotranspirada pelas culturas retorna aos rios e córregos, por meio do escoamento superficial e subsuperficial, ou vai para os lençóis subterrâneos, por percolação profunda, arrastando consigo sais solúveis, fertilizantes (principalmente nitratos), resíduos de defensivos e herbicidas, elementos tóxicos, sedimentos, etc. A contaminação dos recursos hídricos causa sérios problemas ao suprimento de água potável, tanto no meio rural como nos centros urbanos. A contaminação de rios e córregos é mais rápida e acontece imediatamente após a aplicação da água de irrigação por meio dos sistemas por superfície, ou seja, nas modalidades por sulcos de infiltração, por faixas ou por inundação. No Brasil, tem-se verificado sérios problemas devido à aplicação de herbicidas na irrigação por inundação do arroz, uma vez que parte da vazão aplicada sempre circula pelos tabuleiros e retorna aos córregos. Na irrigação por sulcos, grande parte da vazão aplicada no início escoa no final dos sulcos. Essa água escoada transporta sedimentos, em virtude da erosão no início do sulco, e os diversos químicos aplicados na agricultura. No final da parcela, esta é coletada pelo dreno que a conduz aos córregos, causando contaminação. IRRIGAÇÃO CAP.I - 16 cobrança pelo uso da água não inviabilizou a implantação do sistema, independendo do valor cobrado. Embora necessária, a cobrança pela utilização dos recursos hídricos poderá causar, em curto prazo, impactos negativos na agricultura. Estima-se que a redução no número de lavouras irrigadas no Estado de São Paulo possa ser de 50%, com conseqüente redução no número de empregos, migração do homem do campo para as cidades e redução no volume de negócios das empresas do setor de irrigação. Por outro lado, a irrigação será encarada com maior seriedade, obrigando o agricultor irrigante a realizar um manejo adequado da irrigação para que a relação custo/benefício seja minimizada. Além disso, por ocasião da outorga de utilização dos recursos hídricos, é necessária a apresentação de um projeto de irrigação no qual deve ser explicitado o método de controle da irrigação, sendo que a outorga pode ser cancelada se, em sua vigência, tal controle não for realizado. 1.8 - TIPOS DE SISTEMAS Os sistemas de irrigação são divididos em três grupos: - irrigação por superfície: compreende os métodos de irrigação nos quais a condução da água do sistema de distribuição (canais e tubulações) até qualquer ponto de infiltração, dentro da parcela a ser irrigada, é feita diretamente sobre a superfície do solo; - irrigação por aspersão: é o método de irrigação em que a água é aspergida sobre a superfície do terreno, assemelhando-se a uma chuva, por causa do fracionamento do jato d’água em gotas; e, - irrigação localizada: é o método em que a água é aplicada diretamente sobre a região radicular, com pequena intensidade e alta freqüência. 1.9 - CRITÉRIOS PARA A SELEÇÃO DO MÉTODO A seleção do método de irrigação tem a finalidade de estabelecer a viabilidade técnica e econômica, maximizando a eficiência e minimizando os custos de investimento e operação, e ao mesmo tempo, mantendo as condições favoráveis ao desenvolvimento das culturas. Entre os critérios mais utilizados, destacam-se: topografia, características do solo, quantidade e qualidade da água, clima, cultura e, considerações econômicas. IRRIGAÇÃO CAP.I - 17 1.10 - VANTAGENS DA IRRIGAÇÃO Entre as inúmeras vantagens do emprego racional da irrigação, podem-se citar as seguintes: a) suprimento em quantidades essenciais e em épocas oportunas das reais necessidades hídricas das plantas cultivadas podendo aumentar consideravelmente o rendimento das colheitas; b) garante a exploração agrícola, independentemente do regime das chuvas; c) permite o cultivo e/ou colheita duas ou mais vezes ao ano (milho, feijão, batata, frutas, etc) em determinadas regiões; d) permite um eficaz controle de ervas daninhas (arroz por inundação); e, e) por meio da fertirrigação, facilita e diminui os custos da aplicação de corretivos e fertilizantes hidrossolúveis; etc. IRRIGAÇÃO CAP.II - 1 CAPÍTULO 2 ESTUDOS CLIMÁTICOS EVAPOTRANSPIRAÇÃO 2.1 - INTRODUÇÃO A transferência de água para a atmosfera, no estado de vapor, quer pela evaporação de superfícies líquidas, quer pela evaporação de superfícies úmidas ou pela transpiração vegetal, constitui importante componente do ciclo hidrológico. O termo evaporação designa a transferência de água para a atmosfera sob a forma de vapor que se verifica em um solo úmido sem vegetação, nos oceanos, lagos, rios e outras superfícies de água. De maneira geral, o termo evapotranspiração é utilizado para expressar a transferência de vapor d’água que se processa para a atmosfera proveniente de superfícies vegetadas. Fundamentalmente, a evapotranspiração é proveniente de duas contribuições: a evaporação da umidade existente no substrato (solo ou água) e a transpiração resultante das atividades biológicas dos vegetais. A mudança de fase da água consome ou libera grande quantidade de energia. A passagem do gelo para o estado líquido e vice-versa, envolve aproximadamente 80 cal g-1 e de líquido para vapor e vice-versa, envolve cerca de 590 cal g-1. Como o vapor é transportado na atmosfera, podendo condensar e precipitar a grande distância da sua origem, a mudança de fase de líquido para vapor e vapor para líquido representa o principal mecanismo para a redistribuição da energia em todo o globo terrestre. Segundo a teoria cinética dos gases, a passagem da água para a fase gasosa se dá como resultado do aumento de energia cinética das moléculas, requerendo assim o dispêndio de uma certa quantidade de calor, que é chamado calor latente de IRRIGAÇÃO CAP.II - 4 características diferentes cobrindo o solo, eles também estão submetidos a condições completamente diferenciadas no que diz respeito a solo e seu teor de umidade, e vários outros fatores que interferem na transpiração. A grande maioria dos métodos elaborados para a estimativa da evapotranspiração tem aplicação mais específica para áreas agrícolas e para culturas de interesse comercial. Em uma bacia hidrográfica, independente de sua área, existem diversos vegetais que vão desde pequenas plantas até grandes árvores, ocasionando com isso uma heterogeneidade acentuada de perda de água por evapotranspiração, uma vez que é impossível a individualização deste parâmetro para cada cultura. A utilização de técnicas como a fotogrametria e fotointerpretação, como também o geoprocessamento, permite uma aproximação mais efetiva da estimativa da evapotranspiração em bacias hidrográficas, pois é possível identificar os diferentes grupos de vegetais presentes na bacia. Dessa forma, por meio de aproximações e comparações com culturas agrícolas mais bem estudadas, é possível uma estimativa mais criteriosa da evapotranspiração provável. 2.4 – EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL DAS CULTURAS E A DE REFERÊNCIA A quantidade de água evapotranspirada depende da planta, do solo e do clima. O fator clima predomina sobre os demais. A evapotranspiração varia de cultura para cultura como também nos diferentes estádios de desenvolvimento delas. Isto é atribuído, em parte, à arquitetura foliar (ângulo da folha, altura e densidade), em parte às características das folhas (números dos estômatos e período de abertura), além da duração do ciclo e época de plantio. A Tabela II.1 apresenta a relação da quantidade de água necessária durante o ciclo para algumas culturas: Tabela II.1 – Necessidade total de água para algumas culturas Culturas Quantidade de água (mm) Algodão 550 - 1100 Milho 400 - 800 Soja 400 - 800 Feijão 300 - 600 Verduras em geral 250 - 500 IRRIGAÇÃO CAP.II - 5 Doorenbos e Pruitt (1977), na publicação conhecida como boletim FAO-24, propuseram uma metodologia para determinar a evapotranspiração das diferentes culturas por meio de duas etapas: primeiramente, a estimativa da evapotranspiração da cultura de referência (ETo) e, segundo, a eleição de um coeficiente de cultura (Kc), tabelado, e distinto para cada cultura e para cada estádio de desenvolvimento. O produto de ETo pelo Kc selecionado, estima a evapotranspiração da cultura de interesse. Assim, KcxEToETpc = (I.1) O conceito de DOORENBOS e PRUITT (1977) tornou-se o mais aceito mundialmente e, praticamente, todos os projetos passaram a utilizar essa metodologia para estimar a evapotranspiração de uma cultura. Com referência ao coeficiente de cultura (Kc), segundo Pereira (1997) ele representa a integração dos efeitos de três características que distinguem a evapotranspiração de qualquer cultura da de referência: a) a altura da cultura (h) que afeta a rugosidade e a resistência aerodinâmica; b) a resistência da superfície relativa ao sistema solo-planta, que é afetada pela área foliar (determinando o número de estômatos), pela fração de cobertura do solo pela vegetação, pela idade e condição das folhas, e pelo teor de umidade à superfície do solo e, c) o albedo da superfície solo-planta, que é influenciado pela fração de cobertura do solo pela vegetação e pelo teor de umidade à superfície do solo, e influencia o saldo de radiação disponível à superfície, Rn, que é a principal fonte de energia para as trocas de calor e de massa no processo de evaporação. Durante o período vegetativo, o valor de Kc varia à medida que a cultura cresce e se desenvolve, do mesmo modo que varia com a fração de cobertura da superfície do solo pela vegetação, e à medida que as plantas envelhecem e atingem a maturação. Essa variação pode ser representada por uma curva dos valores de Kc, que caracteriza tipicamente o desenvolvimento de uma cultura anual, desde o plantio até à colheita, sendo que as mudanças na forma da curva acompanham o desenvolvimento e a senescência da cultura. Uma vez que a ETo representa um índice climático associado à evaporação, o Kc varia essencialmente de acordo com as características da cultura, traduzindo em menor escala a variação dos fatores climáticos. Este fato torna possível a transferência de valores padrão dos Kc’s de um local para outro e de um clima para outro. A Tabela II.2 IRRIGAÇÃO CAP.II - 6 apresenta valores de Kc para algumas culturas em seus diferentes estádios de desenvolvimento. Tabela II.2 - Valores médios do coeficiente Kc para algumas culturas ESTÁDIOS DE DESENVOLVIMENTO DA CULTURA CULTURA (I) (II) (III) (IV) (V) PERÍODO TOTAL DE CRESCIMENTO Banana - tropical - subtropical 0,4 – 0,50 0,5 – 0,65 0,70 – 0,85 0,80 – 0,90 1,00 – 1,10 1,00 – 1,20 0,90 – 1,00 1,00 – 1,15 0,75 – 0,85 1,00 – 1,15 0,70 – 0,80 0,85 – 0,95 Feijão - verde - seco 0,30 – 0,40 0,30 – 0,40 0,65 – 0,75 0,70 – 0,80 0,95 - 1,05 1,05 – 1,20 0,90 – 0,95 0,65 – 0,75 0,85 – 0,95 0,25 – 0,30 0,85 – 0,90 0,70 – 0,80 Repolho 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,95 – 1,10 0,90 – 1,00 0,80 – 0,95 0,70 – 0,80 Algodão 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,25 0,80 – 0,90 0,65 – 0,70 0,80 – 0,90 Amendoim 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,95 – 1,10 0,75 – 0,85 0,55 – 0,60 0,75 – 0,80 Milho - verde - grãos 0,30 – 0,50 0,30 – 0,50 0,70 – 0,90 0,80 – 0,85 1,05 – 1,20 1,05 – 1,20 1,00 – 1,15 0,80 – 0,95 0,95 – 1,10 0,55 – 0,60 0,80 – 0,95 0,75 – 0,90 Cebola - seca - verde 0,40 – 0,60 0,40 – 0,60 0,70 – 0,80 0,60 – 0,75 0,95 – 1,10 0,95 – 1,05 0,85 – 0,90 0,95 – 1,05 0,75 – 0,85 0,95 – 1,05 0,80 – 0,90 0,65 – 0,80 Ervilha 0,40 – 0,50 0,70 – 0,85 1,05 – 1,20 1,00 – 1,15 0,95 – 1,10 0,80 – 0,95 Pimenta 0,30 – 0,40 0,60 – 0,75 0,95 – 1,10 0,85 – 1,00 0,80 – 0,90 0,70 – 0,80 Batata 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,20 0,85 – 0,95 0,70 – 0,75 0,75 – 0,90 Arroz 1,10 – 1,15 1,10 – 1,50 1,10 – 1,30 0,95 – 1,05 0,95 – 1,05 1,05 – 1,20 Açafrão 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 1,05 – 1,20 0,65 – 0,70 0,20 – 0,25 0,65 – 0,70 Sorgo 0,30 – 0,40 0,70 – 0,75 1,00 – 1,15 0,75 – 0,80 0,50 – 0,55 0,75 – 0,85 Soja 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 1,00 – 1,15 0,70 – 0,85 0,40 – 0,50 0,75 – 0,90 Beterraba 0,40 – 0,50 0,75 – 0,85 1,05 – 1,20 0,90 – 1,00 0,60 – 0,70 0,80 – 0,90 Cana-de- açúcar 0,40 – 0,50 0,70 – 1,00 1,00 – 1,30 0,75 – 0,80 0,50 – 0,60 0,85 – 1,05 Fumo 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 1,00 – 1,20 0,90 – 1,00 0,75 – 0,85 0,85 – 0,95 Tomate 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,25 0,80 – 0,95 0,60 – 0,65 0,75 – 0,90 Melancia 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,95 – 1,05 0,80 – 0,90 0,65 – 0,75 0,75 – 0,85 Trigo 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 1,05 – 1,20 0,65 – 0,75 0,20 – 0,25 0,80 – 0,90 Alfafa 0,30 – 0,40 1,05 – 1,20 0,85 – 1,05 Citros 0,85 – 0,90 Primeiro número: UR > 70% e velocidade do vento < 5 m s-1 Segundo número: UR < 20% e velocidade do vento > 5 m s-1 Caracterização dos estádios: - Estádio I – emergência até 10% do desenvolvimento vegetativo (DV) - Estádio II – 10% do DV até 80% do DV - Estádio III – 80% do DV até 100% do DV (inclusive frutos formados) - Estádio IV – maturação - Estádio V – colheita Fonte: Doorenbos e Kassan. Efectos del agua en el rendimiento de los cultivos. IRRIGAÇÃO CAP.II - 9 Antes de se colocar o solo no tanque, há necessidade de alguns procedimentos importantes para que ele funcione adequadamente. As paredes devem receber o tratamento de um impermeabilizante para evitar fuga de água pelas laterais do tanque. Na parte inferior é necessária a instalação de um filtro, com uma espessura de 10 a 15 cm, que é feito com materiais de diferentes granulometrias. Comumente, utiliza-se camadas superpostas de britas no 0 ou no 1, cascalho fino, areia grossa e areia fina. Para se evitar aprisionamento do ar no fundo do tanque, deve-se instalar um tubo de pequeno diâmetro, junto à parede lateral, do fundo até a parte superior do tanque. Depois de preparado, o lisímetro deverá ser preenchido com solo. Na escavação, o solo deverá ser separado segundo seus horizontes para que seja transferido para o lisímetro obedecendo à ordem do seu perfil natural. É recomendável que os níveis do solo no interior do lisímetro e fora dele sejam iguais. Em geral, recomenda-se aguardar aproximadamente um ano para se trabalhar efetivamente com o lisímetro para acomodamento do solo em seu interior. Na operação com este tipo de lisímetro, adiciona-se água com um volume suficiente que permita drenagem. Quando cessar a drenagem, pode-se garantir que o teor de umidade do solo no interior do tanque encontra-se na sua capacidade máxima de retenção. Após um certo intervalo de tempo, adiciona-se água no tanque, também com um volume que permita drenagem. Encerrado o processo de drenagem, contabiliza-se o volume aplicado e o volume percolado; a diferença representa o volume que foi necessário para reconduzir o solo à sua capacidade máxima de retenção. Figura II.1 - Esquema de um lisímetro de drenagem ou de percolação. IRRIGAÇÃO CAP.II - 10 Como a evapotranspiração é normalmente expressa em milímetros por dia, basta dividir o volume retido pela área superficial do tanque, obtendo-se a lâmina equivalente, uma vez que 1 milímetro equivale a 1 litro por metro quadrado. Dividindo a lâmina equivalente ao volume retido pelo tempo entre medições, tem-se a evapotranspiração média no período considerado para a cultura pesquisada. Matematicamente, pode-se representar a evapotranspiração, utilizando-se um lisímetro de percolação, pela Equação II.2. ( ) T P A VpVa ETpc +− = (II.2) em que: ETpc = evapotranspiração média da cultura [mm d-1]; Va = volume de água aplicado [L]; Vp = volume de água percolado [L]; A = área do tanque [m2]; T = intervalo entre medições [dia]; e P = precipitação ocorrida no período considerado [mm]. Para culturas de pequeno porte, é comum a utilização de tanque de cimento amianto ou de plástico com volume de 1 m3, o mesmo que é utilizado como caixa d’água em residências. Exemplo de aplicação II.1 Com o objetivo de determinar a evapotranspiração para uma cultura de milho por meio de um lisímetro de percolação, foram levantados os seguintes dados: - volume de água aplicado (Va): 0,10 m3; - volume de água percolado (Vp): 0,05 m3; - área do lisímetro (A): 1,2 m2; - intervalo entre medições (T): 7 dias; e - precipitação no período considerado: não houve. a) Volume de água retido (Vr): Vr = Va - Vp Vr = 0,1 - 0,05 = 0,05 m3 = 50 L IRRIGAÇÃO CAP.II - 11 b) Lâmina equivalente ao volume retido (LVr): 2- 2Vr m L 67,41 m 2,1 L50 A Vr L === Sabendo-se que 1 L m-2 equivale a 1 mm, tem-se que: LVr = 41,67 mm c) Evapotranspiração média do período considerado (ETpc) 1- Vr d mm 95,5ETpc dias 7 mm 67,41 T L ETpc = == 2.5.1.2 – Parcelas experimentais no campo Pela dependência de vários fatores, este método só deve ser utilizado para a determinação da evapotranspiração total, durante todo o ciclo da cultura, e nunca a ETpc diária ou semanal, pois, nestes casos, os erros seriam grandes. A água necessária, durante todo o ciclo da cultura, é calculada pela soma da quantidade de água aplicada nas irrigações, precipitações efetivas, mais a quantidade de água armazenada no solo antes do plantio, menos a quantidade de água que ficou retida no solo após a colheita. 2.5.2 – Métodos indiretos A estimativa da evapotranspiração por meio de equações matemáticas constitui-se no processo mais comum e mais usual para obter a perda de água que se observa em uma área vegetada. Viu-se, anteriormente, que os métodos diretos (lisímetros), quando bem conduzidos, permitem a determinação da evapotranspiração de uma área vegetada com bastante confiabilidade, mas necessitam de uma infra-estrutura muito específica e até certo ponto muito complexa para o fim a que se propõem, além de demandarem um tempo relativamente grande para que as medições realizadas possam ser tomadas como referência para o planejamento e manejo de uma área. Via de regra, os lisímetros são equipamentos que ficam muito restritos a centros de pesquisas e tem a sua importância fundamental na calibração dos métodos indiretos para se estimar a evapotranspiração. IRRIGAÇÃO CAP.II - 14
     +×γ+δ γ+δ×= ra rc 1 Kt Kt max (II.5) em que: Ktmax = valor máximo de Kt, igual a 0,85; rc = resistência do dossel (gramado), igual a 69 sm-1; ra = resistência aerodinâmica ao transporte de vapor d’água, (Equação II.6); δ = declividade da curva de pressão de vapor, em kPa.oC-1 (Equação II.7); γ = constante psicrométrica (0,0622 kPa oC-1). U 208 ra = (II.6) 2 a )3,237T( e 4098 + × =δ (II.7) em que ea é a pressão de vapor de saturação, determinada pela Equação II.8.
     + × ×= 3,237T T 27,17 a e 6108,0e (II.8) Esse método de estimativa de ETo é bastante utilizado no manejo da irrigação, sendo recomendado pela FAO (Doorenbos & Pruitt, 1977), pois é de fácil determinação e de relativo baixo custo. Sua utilização, no entanto, apresenta algumas limitações, entre elas: a) para a obtenção dos valores de Kt são necessários dados de velocidade do vento na altura do tanque; b) a leitura do nível da água é dificultada quando a aquisição dos dados não é automatizada; c) o tanque deve estar protegido quanto ao acesso de animais na área; d) o local de instalação em área irrigadas é problemático (dentro ou fora?); e) normalmente o método apresenta superestimativas de ETo em comparação a outros métodos e medidas. Para a operação adequada do tanque é necessário que o nível de água em seu interior oscile entre 5 e 7,5 cm da borda. Quando o nível da água estiver próximo de 7,5 cm da borda, o tanque deverá ser reabastecido após a leitura, elevando o nível aos 5 cm. IRRIGAÇÃO CAP.II - 15 Tabela II.3 - Valores dos coeficientes do tanque “Classe A” (Kt) Exposição A Tanque circundado por grama Exposição B Tanque circundado por solo nu UR média(%) UR média(%) Vel. do vento (U) (m s-1) Posição do tanque R (m) 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 0,85 10 0,65 0,75 0,85 0,60 0,70 0,80 100 0,70 0,80 0,85 0,55 0,65 0,75 Leve < 2 1000 0,75 0,85 0,85 0,50 0,60 0,70 1 0,50 0,60 0,65 0,65 0,75 0,80 10 0,60 0,70 0,75 0,55 0,65 0,70 100 0,65 0,75 0,80 0,50 0,60 0,65 Moderado 2 - 5 1000 0,70 0,80 0,80 0,45 0,55 0,60 1 0,45 0,50 0,60 0,60 0,65 0,70 10 0,55 0,60 0,65 0,50 0,55 0,65 100 0,60 0,65 0,75 0,45 0,50 0,60 Forte 5 - 8 1000 0,65 0,70 0,75 0,40 0,45 0,55 1 0,40 0,45 0,50 0,50 0,60 0,65 10 0,45 0,55 0,60 0,45 0,50 0,55 100 0,50 0,60 0,65 0,40 0,45 0,50 Muito forte > 8 1000 0,55 0,60 0,65 0,35 0,40 0,45 OBS: Para áreas extensas de solo nu, reduzir os valores de Kt em 20% em condições de alta temperatura e vento forte, e de 5 a 10% em condições de temperatura, vento e umidade moderados. R (m) representa a menor distância do centro do tanque ao limite da bordadura (grama ou solo nu). Exemplo de aplicação II.2 Determine a evapotranspiração para a cultura de milho utilizando os dados de um tanque evaporimétrico “Classe A”, de acordo com os dados: - período de medição: 7 dias; - evaporação registrada pelo tanque no período (Ev): 51,5 mm; - velocidade média do vento no período: (2,5 m s-1) ; - umidade relativa média do ar: 65%; e - tanque circundado por grama com R = 100 m; - coeficiente de cultura (Kc) para o milho = 0,85. IRRIGAÇÃO CAP.II - 16 De acordo com a Tabela II.3, o valor de Kt é 0,75. Aplicando a Equação II.3, tem-se: ETo = 51,5 x 0,75 = 38,62 mm em 7 dias O valor médio de ETo é igual a 5,52 mm d-1. Utilizando a Equação II.1, tem-se: ETpc = 5,52 x 0,85 = 4,7 mm d-1 2.5.2.2 – Método de Thornthwaite Este método foi proposto por Thornthwaite (1948) para estimativa da evapotranspiração potencial (ETP), ou de referência (ETo), mensal de um gramado, em posto meteorológico, visando sua utilização em uma classificação climática mais racional. De acordo com Pereira et al. (1997), a ETP é tida como a chuva ideal, para que uma dada região não apresente nem excesso nem deficiência hídrica durante o ano. O método de Thornthwaite é baseado num conjunto de equações elaboradas a partir de balanços hídricos em bacias hidrográficas e em medidas realizadas em lisímetros. O método utiliza somente a temperatura do ar como variável condicionante do processo de evapotranspiração, sendo por isso muito criticada (Pereira & Camargo, 1989). No entanto, segundo os mesmos autores ela funciona muito bem desde que sejam asseguradas as condições de contorno para a ETP, ou seja, extensa área gramada e sem restrição hídrica, funcionando, assim, muito bem em regiões de clima úmido e em meses chuvosos, onde tais condições são satisfeitas. O emprego deste método para fins de projeto e manejo de irrigação acaba limitado, haja vista que a irrigação é utilizada em locais e períodos que fogem da condições de contorno de ETP, ou seja, em períodos secos, além da sua confiabilidade a nível diário ser restrita, funcionando melhor na escala mensal, e de haver necessidade de se conhecer os dados normais de temperatura do local para a determinação dos índices de calor (I e a). Abaixo segue a formulação do método de Thornthwaite, para um mês padrão (ETPp), de 30 dias, sendo todos os dias com fotoperíodo igual a 12 horas: a I Ti 1016ETPp
    ×= Ti > 0 oC (II.9) IRRIGAÇÃO CAP.II - 19 41,1 N n UR0043,0a min −
    −×= (II.14) 2min min2min UUR000597,0 N n UR00597,0U06565,0 N n 0705,1UR0041,081917,0b ××− ××−×+×+×−= (II.15) em que: p = percentagem mensal de horas de luz solar em relação ao total anual (Tab. II.4). T = temperatura média do período, em oC; URmin = umidade relativa mínima do período, em %; n = insolação do período (número real de horas de brilho solar); N = fotoperíodo (número máximo de horas de brilho solar) –Tab. II.5; e, U2 = velocidade do vento a 2 m, em m s-1. Apesar de aparentemente simples, esse método envolve uma série de variáveis que acaba limitando seu emprego. Condições ideais para utilização do método: a) só deve ser utilizado quando se tem os valores das temperaturas medidas; b) deve se restringir a períodos não inferiores a um (1) mês; c) se não houver possibilidades de se comprovar as condições de umidade relativa do ar média das mínimas, insolação e ventos, as determinações de ETo são de pouca confiança; d) não deve ser aplicado em regiões equatoriais em que as temperaturas se mantêm relativamente constantes e com grande variação dos outros parâmetros climáticos envolvidos; e) também não deve ser utilizado em regiões de grande altitude devido à temperatura mínima diária ser muito baixa, além de ser bastante altos os níveis de radiação diurna. IRRIGAÇÃO CAP.II - 20 Tabela II.4 - Percentagem mensal de horas de luz solar em relação ao total anual (p), para diferentes latitudes Lat. Norte Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Lat. Sul Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun 60º 0,15 0,20 0,26 0,32 0,38 0,41 0,40 0,34 0,28 0,22 0,17 0,13 58º 0,16 0,21 0,26 0,32 0,37 0,40 0,39 0,34 0,28 0,23 0,18 0,15 56º 0,17 0,21 0,26 0,32 0,36 0,39 0,38 0,33 0,28 0,23 0,18 0,16 54º 0,18 0,22 0,26 0,31 0,36 0,38 0,37 0,33 0,28 0,23 0,19 0,17 52º 0,19 0,22 0,27 0,31 0,35 0,37 0,36 0,33 0,28 0,24 0,20 0,17 50º 0,19 0,23 0,27 0,31 0,34 0,36 0,35 0,32 0,28 0,24 0,20 0,18 48º 0,20 0,23 0,27 0,31 0,34 0,36 0,35 0,32 0,28 0,24 0,21 0,19 46º 0,20 0,23 0,27 0,30 0,34 0,35 0,34 0,32 0,28 0,24 0,21 0,20 44º 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,35 0,34 0,31 0,28 0,25 0,22 0,20 42º 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,34 0,33 0,31 0,28 0,25 0,22 0,21 40º 0,22 0,24 0,27 0,30 0,32 0,34 0,33 0,31 0,28 0,25 0,22 0,21 35º 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 0,32 0,32 0,30 0,28 0,25 0,23 0,22 30º 0,24 0,25 0,27 0,29 0,31 0,32 0,31 0,30 0,28 0,26 0,24 0,23 25º 0,24 0,26 0,27 0,29 0,30 0,31 0,31 0,29 0,28 0,26 0,25 0,24 20º 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,30 0,29 0,28 0,26 0,25 0,25 15º 0,26 0,26 0,27 0,28 0,29 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,26 0,25 10º 0,26 0,27 0,27 0,28 0,28 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,26 0,26 5º 0,27 0,27 0,27 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,27 0,27 0,27 0º 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 IRRIGAÇÃO CAP.II - 21 Tabela II.5 - Duração máxima de insolação diária média (N), em diferentes meses e latitudes LAT Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 100 N 11,6 11,8 12,1 12,4 12,6 12,7 12,6 12,4 12,2 11,9 11,7 11,5 80 N 11,7 11,9 12,1 12,3 12,5 12,6 12,5 12,4 12,2 12,0 11,8 11,6 60 N 11,8 11,9 12,1 12,3 12,4 12,5 12,4 12,3 12,2 12,0 11,9 11,7 40 N 11,9 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,3 12,2 12,0 12,0 11,9 11,9 20 N 12,0 12,0 12,1 12,2 12,2 12,2 12,0 12,0 12,1 12,1 12,0 12,0 00 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 20 S 12,2 12,2 12,1 12,1 12,0 12,0 12,0 12,0 12,1 12,1 12,2 12,2 40 S 12,3 12,2 12,1 12,0 11,9 11,8 11,9 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 60 S 12,4 12,3 12,1 12,0 11,9 11,7 11,8 11,9 12,1 12,2 12,4 12,5 80 S 12,5 12,4 12,1 11,9 11,7 11,6 11,7 11,9 12,1 12,3 12,5 12,6 100 S 12,6 12,4 12,1 11,9 11,7 11,5 11,6 11,8 12,0 12,3 12,6 12,7 120 S 12,7 12,5 12,2 11,8 11,6 11,4 11,5 11,7 12,0 12,4 12,7 12,8 140 S 12,8 12,6 12,2 11,8 11,5 11,3 11,4 11,6 12,0 12,4 12,8 12,9 160 S 13,0 12,7 12,2 11,7 11,4 11,2 11,2 11,6 12,0 12,4 12,9 13,1 180 S 13,1 12,7 12,2 11,7 11,3 11,1 11,1 11,5 12,0 12,5 13,0 13,2 200 S 13,1 12,8 12,2 11,6 11,2 10,9 11,0 11,4 12,0 12,5 13,2 13,3 220 S 13,4 12,8 12,2 11,6 11,1 10,8 10,9 11,3 12,0 12,6 13,2 13,5 240 S 13,5 12,9 12,3 11,5 10,9 10,7 10,8 11,2 11,9 12,6 13,3 13,6 260 S 13,6 12,9 12,3 11,5 10,8 10,5 10,7 11,2 11,9 12,7 13,4 13,8 280 S 13,7 13,0 12,3 11,4 10,7 10,4 10,6 11,1 11,9 12,8 13,5 13,9 300 S 13,9 13,1 12,3 11,4 10,6 10,2 10,4 11,0 11,9 12,8 13,6 14,1 320 S 14,0 13,2 12,3 11,3 10,5 10,0 10,3 10,9 11,9 12,9 13,7 14,2 340 S 14,2 13,3 12,3 11,3 10,3 9,8 10,1 10,9 11,9 12,9 13,9 14,4 360 S 14,3 13,4 12,4 11,2 10,2 9,7 10,0 10,7 11,9 13,0 14,0 14,6 380 S 14,5 13,5 12,4 11,1 10,1 9,5 9,8 10,6 11,8 13,1 14,2 14,8 400 S 14,7 13,6 12,4 11,1 9,9 9,3 9,6 10,5 11,8 13,1 14,3 15,0 IRRIGAÇÃO CAP.II - 24 Tomando-se a Figura II.4 para: - UR = 65% - vento: 2,52 m s-1 (moderado: reta 2) ETo = 5,75 mm d-1 - W Rs = 6,15 mm d-1 Tabela II.6 - Valores do índice de ponderação (W) para os efeitos da radiação sobre a ETo em diferentes temperaturas e altitudes Altitude (m) Temperatura (ºC) 0 500 1000 2000 3000 4000 2 0,43 0,45 0,46 0,49 0,52 0,55 4 0,46 0,48 0,49 0,52 0,55 0,58 6 0,49 0,51 0,52 0,55 0,58 0,61 8 0,52 0,54 0,55 0,58 0,61 0,64 10 0,55 0,57 0,58 0,61 0,64 0,66 12 0,58 0,60 0,61 0,64 0,66 0,69 14 0,61 0,62 0,64 0,66 0,69 0,71 16 0,64 0,65 0,66 0,69 0,71 0,73 18 0,66 0,67 0,69 0,71 0,73 0,76 20 0,68 0,70 0,71 0,73 0,75 0,78 22 0,71 0,72 0,73 0,75 0,77 0,79 24 0,73 0,74 0,75 0,77 0,79 0,81 26 0,75 0,76 0,77 0,79 0,81 0,83 28 0,77 0,78 0,79 0,81 0,82 0,84 30 0,78 0,79 0,80 0,82 0,84 0,85 32 0,80 0,81 0,82 0,84 0,85 0,86 34 0,82 0,82 0,83 0,85 0,86 0,88 36 0,83 0,84 0,85 0,86 0,88 0,89 38 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,90 40 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 IRRIGAÇÃO CAP.II - 25 Tabela II.7 - Valores da radiação extraterrestre (Ra), mm d-1, para diferentes latitudes e meses do ano Lat. Sul Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 50º 17,5 14,7 10,9 7,0 4,2 3,1 3,5 5,5 8,9 12,9 16,5 18,2 48º 17,6 14,9 11,2 7,5 4,7 3,5 4,0 6,0 9,3 13,2 16,6 18,2 46º 17,7 15,1 11,5 7,9 5,2 4,0 4,4 6,5 9,7 13,4 16,7 18,3 44º 17,8 15,3 11,9 8,4 5,7 4,4 4,9 6,9 10,2 13,7 16,7 18,3 42º 17,8 15,5 12,2 8,8 6,1 4,9 5,4 7,4 10,6 14,0 16,8 18,3 40º 17,9 15,7 12,5 9,2 6,6 5,3 5,9 7,9 11,0 14,2 16,9 18,3 38º 17,9 15,8 12,8 9,6 7,1 5,8 6,3 8,3 11,4 14,4 17,0 18,3 36º 17,9 16,0 13,2 10,1 7,5 6,3 6,8 8,8 11,7 14,6 17,0 18,2 34º 17,8 16,1 13,5 10,5 8,0 6,8 7,2 9,2 12,0 14,9 17,1 18,2 32º 17,8 16,2 13,8 10,9 8,5 7,3 7,7 9,6 12,4 15,1 17,2 18,1 30º 17,8 16,4 14,0 11,3 8,9 7,9 8,1 10,1 12,7 15,3 17,3 18,1 28º 17,7 16,4 14,3 11,6 9,3 8,2 8,6 10,4 13,0 15,4 17,2 17,9 26º 17,6 16,4 14,4 12,0 9,7 8,7 9,1 10,9 13,2 15,5 17,2 17,8 24º 17,5 16,5 14,6 12,3 10,2 9,1 9,5 11,2 13,4 15,6 17,1 17,7 22º 17,4 16,5 14,8 12,6 10,6 9,6 10,0 11,6 13,7 15,7 17,0 17,5 20º 17,3 16,5 15,0 13,0 11,0 10,0 10,4 12,0 13,9 15,8 17,0 17,4 18º 17,1 16,5 15,1 13,2 11,4 10,4 10,8 12,3 14,1 15,8 16,8 17,1 16º 16,9 16,4 15,2 13,5 11,7 10,8 11,2 12,6 14,3 15,8 16,7 16,8 14º 16,7 16,4 15,3 13,7 12,1 11,2 11,6 12,9 14,5 15,8 16,5 16,6 12º 16,6 16,3 15,4 14,0 12,5 11,6 12,0 13,2 14,7 15,8 16,4 16,5 10º 16,4 16,3 15,5 14,2 12,8 12,0 12,4 13,5 14,8 15,9 16,2 16,2 8º 16,1 16,1 15,5 14,4 13,1 12,4 12,7 13,7 14,9 15,8 16,0 16,0 6º 15,8 16,0 15,6 14,7 13,4 12,8 13,1 14,0 15,0 15,7 15,8 15,7 4º 15,5 15,8 15,6 14,9 13,8 13,2 13,4 14,3 15,1 15,6 15,5 15,4 2º 15,3 15,7 15,7 15,1 14,1 13,5 13,7 14,5 15,2 15,5 15,3 15,1 0º 15,0 15,5 15,7 15,3 14,4 13,9 14,1 14,8 15,3 15,4 15,1 14,8 IRRIGAÇÃO CAP.II - 26 Figura II.4 - Estimativa da ETo a partir de valores calculados de W Rs e do conhecimento da umidade relativa média e ventos diurnos. IRRIGAÇÃO CAP.II - 29 - Determinação de Ra ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

     ××− +×− ×= 3625,1sin 3745,0cos 4843,0cos 3745,0sen 4843,0senx3625,1 968,0x586,37Ra Ra = 20,88 MJ m-2 d-1 - Determinação de ETo ( ) 1dmm22,64,120,25x8,177,18x8768,20x0023,0ETo −=−+= 2.5.2.5 – Método de Penman-Monteith-FAO Para padronização dos procedimentos de cálculo da evapotranspiração da cultura de referência, baseando-se na equação de Penman-Monteith, a FAO propôs a seguinte notação, que passou a ser conhecida como equação de Penman-Monteith-FAO (Equação II.23): ( ) DPV U 15,273T 900 r r 1 GR r r 1 ET 2 a c n a c o ×× + ×

      +γ+δ γ+ λ − ×

      +γ+δ δ= (II.23) em que: ETo = evapotranspiração da cultura de referência [mm d-1]; δ = declividade da curva de pressão de vapor de saturação [kPa ºC-1]; λ = calor latente de evaporação [MJ kg-1]. rc = resistência do dossel da planta [s m-1]; ra = resistência aerodinâmica [s m-1]; Rn = saldo de radiação à superfície [MJ m-2 s-1]; G = fluxo de calor no solo [MJ m-2 s-1]; γ = constante psicrométrica [kPa ºC-1]; T = temperatura média do ar [oC]; U2 = 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. IRRIGAÇÃO CAP.II - 30 Os componentes da Equação II.23, de acordo com SMITH (1991), podem ser obtidos conforme descrito a seguir. • Declividade da curva de pressão de vapor (δ), determinada pelas Equações II.7 e II.8. • Calor latente de evaporação (λ) T10361,2501,2 3−×−=λ (II.24) • Constante psicrométrica (γ) λ ×=γ P 0016286,0 (II.25) em que P [kPa] é pressão atmosférica à altitude Z [m], calculada pela Equação 26. 25,5 293 Z0065,0293 3,101P

      ×−×= (II.26) • Pressão parcial de vapor (ed) 100 UR ee ad ×= (II.27) em que UR é a umidade relativa média do ar [%]. • Déficit de pressão de vapor (DPV) da eeDPV −= (II.28) • Saldo de radiação (Rn) A determinação do saldo de radiação é feita pela Equação II.19. RRR nlnsn −= (II.29) IRRIGAÇÃO CAP.II - 31 em que: Rns = saldo de radiação de ondas curtas [MJ m-2 d-1]; e Rnl = saldo de radiação de ondas longas [MJ m-2 d-1]. - Saldo de radiação de ondas curtas (Rns) O saldo de radiação de ondas curtas é a radiação efetivamente recebida pelo dossel da cultura, levando-se em consideração as perdas por reflexão. A Equação II.30 é a que representa a determinação desse componente. ( ) R 1R sns ×α−= (II.30) em que: α = coeficiente de reflexão da superfície do dossel para a radiação solar de ondas curtas (albedo). O valor médio para grama é de 0,23; e Rs = radiação solar incidente [MJ m-2 d-1], calculada pela Equação II.16. OBS: A radiação solar no topo da atmosfera (Ra), a ser utilizada na Equação II.16, terá que ser calculada de acordo com o procedimento apresentado no método de Hargreaves- Samani. Além disso, o número máximo possível de horas de insolação para um dado local (N) deverá ser calculado por meio da Equação II.31: ω× π = s 24 N (II.31) em que ωs é calculado pela Equação II.21. - Saldo de radiação de ondas longas (Rnl) A radiação térmica da vegetação e do solo para a atmosfera, bem como a refletida da atmosfera e da nuvem, pode ser representada pela Equação II.32. ( ) ( ) 2 1 TT e 14,034,0 1,0 N n 9,0R 4kn 4 kxdnl ×+×σ××−×

      +×= (II.32)