2 - Agrometeorologia aplicada à irrigação · básicos de agrometeorologia pelos técnicos . IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 2.2 - Participação da energia radiante em superfícies

IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA

2 - Agrometeorologia aplicada à irrigaçãoaplicada à irrigação


2.1 - Introdução

� Irrigação fornecimento de água às culturas

- viabiliza a exploração agrícola em climas semi-áridos, em climas com período de secas regulares ecom secas esporádicas (veranico)

Condições climáticas

Disponibilidade de água no solo


- Condição meteorológica � principal fatorcondicionante da demanda atmosférica por vapor

- estimativa da necessidade hídrica das - estimativa da necessidade hídrica das culturas

- quantidade de água a ser aplicada

- fundamentais para o planejamento (dimensionamento de projetos) e manejo (quando e quanto irrigar)


- 70% da água consumida

- evitar o desperdício é fundamental- evitar o desperdício é fundamental

- racionalização do uso da água � energia e m.d.o.

- aumento da rentabilidade da cultura a ser explorada



- Nesta última década

- aumento da conscientização para a preservação dos recursos naturais

- popularização das estações climatológicas

� aumentaram os métodos de estimativa da ETo

� maior exigência de conhecimentos básicos de agrometeorologia pelos técnicos


2.2 - Participação da energia radiante em superfícies vegetadas e evapotranspiração

� Radiaçãosolar

fonte de energia primária de todos os processos físicos naturais

� evapotranspiração (evaporação + transpiração)

radiação solar é o principal condicionador


- a ordem deste processo dependerá da energiadisponível.

- O espectro de distribuição da radiação solarque chega na superfície terrestre é constituídopredominantemente de ondas curtas


Princípios envolvidos na determinação do balanço de energia radiante


Qo � radiação que chega no limite externo daatmosferaQd � irradiância diretaQ � irradiância difusaQc � irradiância difusaQg � irradiância solar globalQsup � irradiância emitida pela superfícieQatm � irradiância emitida pela atmosfera (contra-radiação atmosférica)

As duas últimas dependem das suastemperaturas e de seus poderes emissores.



- A cada instante, haverá um balanço de radiaçãodenominado de Rn:

ROLROCRn +=

- Adotando-se valores positivos para os fluxos queentram no sistema e negativos para os que saem:


)r1(QrQQROC ggg −== -

supatm QQROL -=

supatmg QQ)r1(QROLROCRn -+−=+=

- Rn saldo de radiação ou radiação líquida

Superfície rágua 0,05

Areia seca 0,35 – 0,45Areia úmida 0,20 – 0,30Solo claro 0,25 – 0,45Solo escuro 0,05 – 0,15

Animal pêlo preto 0,10Gramado 0,20 – 0,30Algodão 0,20 – 0,22Alface 0,22Alface 0,22Milho 0,16 – 0,23Arroz 0,12Batata 0,20Trigo 0,24Feijão 0,24Tomate 0,23Abacaxi 0,15Sorgo 0,20videira 0,18


- Normalmente Rn assume valores positivos duranteo dia e negativo à noite (ROC = 0 e Q > Q ). Noo dia e negativo à noite (ROC = 0 e Qsup > Qatm). Nobalanço diário, Rn é positivo e representa cerca de40 – 60% do total de energia que chega à superfície.



- A medida do Rn pode ser feita utilizando umequipamento denominado saldo-radiômetro. Naequipamento denominado saldo-radiômetro. Naausência deste equipamento, Rn pode ser estimadoconforme as equações:


- em que

)r1(QROC g −=

[ ])N/n(baQQ og +=

Para Piracicaba-SP:

- a=0,17 e b=0,22 (10 a 03)

- a=0,15 e b=0,12 (04 a 09)- em que

a e b = coeficientes empíricos, específicospara cada localidade;

N = número máximo de horas com brilhosolar (fotoperíodo);

n = insolação.


)r1(QROC g −= Para Piracicaba-SP:

- a=0,17 e b=0,22 (10 a 03)

- a=0,15 e b=0,12 (04 a 09)RaNnbaRs

+=

- em quea e b = coeficientes empíricos, específicos

para cada localidade;N = número máximo de horas com brilho

solar (fotoperíodo);n = insolação.

N




Mês a b R2 Rs calculada Rs medida Janeiro 0,299 ± 0,031 0,430 ± 0,043 0,865 22,44 ± 1,09 22,09 ± 1,28

Fevereiro 0,266 ± 0,029 0,480 ± 0,048 0,834 22,51 ± 1,08 22,39 ± 1,08 Março 0,289 ± 0,036 0,427 ± 0,036 0,879 19,11 ± 0,91 19,17 ± 1,05 Abril 0,279 ± 0,027 0,397 ± 0,057 0,879 16,14 ± 0,66 16,04 ± 0,74 Maio 0,264 ± 0,043 0,441 ± 0,061 0,885 14,01 ± 0,66 13,75 ± 0,82 Maio 0,264 ± 0,043 0,441 ± 0,061 0,885 14,01 ± 0,66 13,75 ± 0,82 Junho 0,281 ± 0,038 0,428 ± 0,072 0,886 13,26 ± 0,48 13,71 ± 0,71 Julho 0,246 ± 0,070 0,455 ± 0,084 0,922 13,58 ± 0,61 13,48 ± 0,73

Agosto 0,232 ± 0,070 0,470 ± 0,085 0,888 15,02 ± 0,80 15,20 ± 0,77 Setembro 0,277 ± 0,054 0,468 ± 0,057 0,868 17,61 ± 1,04 16,83 ± 1,31 Outubro 0,277 ± 0,044 0,504 ± 0,045 0,881 20,94 ± 1,09 20,38 ± 1,13

Novembro 0,269 ± 0,035 0,489 ± 0,048 0,875 20,37 ± 1,07 19,54 ± 1,29 Dezembro 0,294 ± 0,047 0,495 ± 0,050 0,861 21,46 ± 1,15 21,67 ± 1,37

Anual 0,295 ± 0,038 0,417 ± 0,043 0,812 18,12 ± 0,33 18,19 ± 0,79 Geral 0,282 0,433 0,820 17,99 ± 0,29 18,05 ± 0,35


- o número máximo possível de horas de insolaçãopara um dado local (N) :

ωπ= s

24N

- Na ausência de coeficientes medidos para umadada região, pode-se utilizar a relação:

[ ])N/n(52,0)cos(29,0QQ og +ϕ=

em que ϕ é a latitude do local, expressa em grausdecimais.

π


em qued = distância relativa Terra-Sol [rad];

( )ωδϕ+δϕω= ssssro sin cos cossen sen d586,37Q

dr = distância relativa Terra-Sol [rad];ωs = ângulo horário do pôr-do-sol [rad];ϕ = latitude do lugar [rad]; eδs = declinação solar [rad].


π+= J 365

2 cos 033,01dr

A determinação de dr é feita de acordo com aequação:

em que J é o número do dia do ano.

365


Para valores mensais, J pode ser determinadocomo:

)23,15M42,30( inteiroJ −=

em que M é o número do mês.

( )ss tan tanarccos δϕ−=ω

OBS: Na equação anterior, para o Hemisfério Norte a latitude tem sinal positivo e, para o Hemisfério Sul, tem sinal negativo.


A declinação solar é determinada pela equação:

−π=δ 405,1J3652

sen 4093,0 s

O valor de Qo pode também ser obtido pela tabela:


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


( ) ( )21 TT e 14,034,0 1,0

Nn 9,0ROL 4

kn4kxd +σ−

+=

em queem queσ = constante de Stefan Boltzmann [4,903 x

10-9 MJ m2 K-4 d-1];Tkx = temperatura máxima diária [K];Tkn = temperatura mínima diária [K]; eed = pressão parcial de vapor (kPa).


em que

100UR

ee ad =

em queea = pressão de vapor de saturação (kPa); eUR = umidade relativa.

+=

3,237TT 27,17

exp 6108,0ea


É justamente essa energia absorvida peloambiente, denominada saldo de radiação (Rn), aprincipal responsável pelo processoevapotranspirométrico em áreas irrigadas.

Analisando a partição do saldo de radiação,pode-se concluir que a diferença entre a energiaque entra e a energia que sai de um sistema (Rn) éa energia captada ou utilizada por ele.



Analisando a Figura, conclui-se que:

GLEHRn ++≅

em queH = fluxo convectivo de calor sensível

(aquecimento do ar e das plantas);LE = fluxo convectivo de calor latente

(evapotranspiração); eG = fluxo de calor no solo (aquecimento

do solo).


Em uma superfície vegetada bem suprida de água esem a advecção do calor sensível de áreasadjacentes, a maior parte da energia disponívelserá utilizada no processo de evapotranspiração �

70 a 80% de Rn, sendo o restante distribuído70 a 80% de Rn, sendo o restante distribuídoentre o aquecimento do ar, do solo e das plantas.

Assim: 8,0RnLE

7,0 <<

Analisemos a Figura:



2.3 - Evapotranspiração(terminologia e conceitos)

� Condições básicas:

existência de uma fonte de energia que pode ser a radiação solar, calor sensível da atmosfera ou da superfície evaporante. existência de um gradiente de concentração de vapor.


� Fatores intervenientes no processo:

Temperatura da superfície

Temperatura e umidade do ar. Aumentando Temperatura e umidade do ar. Aumentando a temperatura do ar, es aumenta, diminuindo a umidade relativa (efeito indireto).- Portanto, quanto > temperatura > es (maiora capacidade do ar conter água) e menor UR.

Vento


� EvaporaçãoProcesso físico no qual a água na fase líquida é convertida em vapor, e removida da superfície evaporante

Para a evaporação de 1kg de água (200C) são necessários 2,45MJ.


� TranspiraçãoProcesso pelo qual ocorre perda de água, na forma de vapor, pelas plantas.

Predominantemente através das folhas, a partir das paredes celulares

(estômatos). A água é conduzida até as folhas pelo sistema condutor,

obedecendo um gradiente de potencial.



� Evapotranspiração

Processo simultâneo de transferência de água para atmosfera, por evaporação da água do solo e por transpiração das plantas.das plantas.

A partição entre evaporação e transpiração irá depender da radiação solar que atinge a superfície e também da cobertura vegetal (espaçamento e

área foliar).




Evapotranspiração de referência (ETo)

É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma superfície de referência, definida como: extensa superfície vegetada com grama (8 a 15 cm de altura), em crescimento ativo, cobrindo toda a

extensão da área e bem suprida de água.



Evapotranspiração de cultura (Etc ou ETm)ETm)

É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura em qualquer fase de seu desenvolvimento, desde a semeadura/plantio até a maturação , sem a atuação de fatores que possam comprometer o seu

desenvolvimento.



kc*EToETc =

É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura em qualquer fase de seu desenvolvimento, desde a semeadura/plantio até a maturação , sem a atuação de fatores que possam comprometer o seu

desenvolvimento.



� EvapotranspiraçãoEvapotranspiração de cultura ajustado (ETc adj)

É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura sem que a mesma esteja sob condições

padrões.

(ETc adj)



ks*kc*EToadjETc =

É a taxa de evapotranspiração que ocorre em uma cultura sem que a mesma esteja sob condições

padrões.


)0,1)PMUAln(( +−)0,1)PMCCln(()0,1)PMUAln((

ks+−+−=




� Fatores que afetam a evapotranspiração

Fatores climáticos (Rn, T, UR, U)

Fator planta (espécie, albedo, IAF, altura, prof. raiz)

Fatores de manejo e solo (espaçamento/densidade de plantio, tipo de solo, disponibilidade de água, impedimentos físico/químico)


� Medida da evapotranspiração

Métodos diretosLisímetros

Parcelas Parcelas experimentais

Métodos indiretosEvaporímetros

Fórmulas matemáticas




Massa = 1794,6 mV - 1325,1

R2 = 0,9991

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

Ma

ssa

(kg

)

0,0

5,0

10,0

15,0

0,730 0,735 0,740 0,745 0,750 0,755 0,760

Leituras da balança (mV)M

ass

a (

kg)

carregando

descarregando

164

165

166

167

168

169

170

171

172

6:00 7:55 9:50 11:45 13:40 15:36 17:31 19:26

hora do dia

Mas

sa (

kg)

228

230

232

234

236

238

240

242

244

246

6:00 7:55 9:50 11:45 13:40 15:36 17:31 19:26hora do dia

Mas

sa (

kg)

Dados com drenagem

Dados sem drenagem


Exemplo de aplicação

Em um determinado lisímetro de área 1,2 m2 e 1,0 m deprofundidade, houve uma variação de umidade deprofundidade, houve uma variação de umidade de0,3420 cm3 cm-3 para 0,3012 cm3 cm-3, num período de10 dias. Neste mesmo intervalo, houve duas irrigaçõesde 25,0 mm, uma precipitação de 9,2 mm e umadrenagem de 23 L. Determinar a evapotranspiração dacultura no período e o correspondente coeficientecultural, sabendo que a ETo foi de 8,2 mm dia-1 .


Métodos indiretos Evaporímetros

Área de 1,15 m2, instalado sobre a superfície, em um

Tanque Classe A

sobre a superfície, em um estrado de madeira

Facilidade de manuseio, mas grande dependência de fatores meteorológicos (radiação e vento)kp*EVETo =


(a) Tanque Classe A; (b) Colorado; (c) 20 m2; (d) GGI3000


Exposição ATanque circundado por grama

Exposição ATanque circundado por solo nu

UR média(%) UR média(%)

Velocidadedo Vento(km d -1)

Posiçãodo

tanqueR (m) Baixa

< 40%Média

40 - 70%Alta

> 70%Baixa< 40%

Média40 - 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

< 175

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

175-425

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

425-700

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

> 700

1000 0,55 0,60 0,65 0,35 0,40 0,45


Métodos indiretos Fórmulas matemáticas

- Hargreaves ( ) TT8,17TQ0023,0ETo −+=- Hargreaves ( ) minmaxo TT8,17TQ0023,0ETo −+=

-Penman-Monteith - FAO

( )DPV U

15,273T900

rr

1

GR

rr

1ET 2

a

c

n

a

co +

+γ+δ

γ+λ−

+γ+δ

δ=


δ = declividade da curva de pressão de vapor desaturação [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];ra = resistência aerodinâmica [s m-1];Rn = saldo de radiação à superfície [kJ m-2 s-1];G = fluxo de calor no solo [kJ m-2 s-1];γ = constante psicrométrica [kPa ºC-1];T = temperatura média do ar [oC];U2 = velocidade do vento a 2 m de altura [m s-1];DPV = déficit de pressão de vapor [kPa]; e900 = fator de transformação de unidades [kJ-1 kg K].


- Declividade da curva de pressão de vapor (δ):

2a

)3,237T(

e 4098

+=δ

- Calor latente de evaporação (λ) :

T10×361,2501,2= 3λ


- Constante psicrométrica (γ):

λ=γ P

0016286,0

- em que P [kPa] é pressão atmosférica à altitudeZ [m], calculada pela equação:

25,5

293Z0065,0293

3,101P

−=


- Pressão parcial de vapor (ed):

100UR

ee ad =

- Déficit de pressão de vapor (DPV) :

da eeDPV −=


-Velocidade do vento (U2):

z2 U 42,5z 75,67 ln

868,4U

−=

-Fluxo de calor no solo (G):

( )1nn TT38,0G −−=


-Resistência do dossel da planta:

Considerando a grama como cultura dereferência, o valor de rc foi parametrizado parauma altura da cultura de 0,12 m. Dessa forma,

-Resistência aerodinâmica:

uma altura da cultura de 0,12 m. Dessa forma,seu valor é 69 s m-1.

U

208r

2a =


2.4 – Balanço hídrico climatológico (Sentelhas e Angelocci - ESALQ/USP)

O balanço hídrico nada mais é do que o cômputoO balanço hídrico nada mais é do que o cômputodas entradas e saídas de água de um sistema. Váriasescalas espaciais podem ser consideradas para secontabilizar o balanço hídrico. Na escala macro, o“balanço hídrico” é o próprio “ciclo hidrológico”, cujaresultado nos fornecerá a água disponível no sistema(no solo, rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ouseja na biosfera.

Prec. ET

Q

Em uma escala intermediária,representada por uma micro-baciahidrográfica, o balanço hídricoresulta na vazão de água dessesistema. Para períodos em que achuva é menor do que a demandaatmosférica por vapor d´água, avazão (Q) diminui, ao passo em quenos períodos em que a chuva superaa demanda, Q aumenta.

Micro-bacia Hidrográfica

Na escala local, no caso de uma cultura,

Prec. ET

Na escala local, no caso de uma cultura,o balanço hídrico tem por objetivoestabelecer a variação dearmazenamento e, conseqüentemente, adisponibilidade de água no solo.Conhecendo-se qual a umidade do soloou quanto de água este armazena épossível se determinar se a cultura estásofrendo deficiência hídrica, a qualestá intimamente ligada aos níveis derendimento dessa lavoura.

Componentes do balanço hídrico para condições naturais

P

O

Ri

ET

∆ ARM

Ri

DLi

Ro

DLo

ACDP

Considerando-se um volume controle de solo, o BH apresenta os seguintes componentes, descritos a seguir.

EntradasP = chuva O = orvalho Ri = escoamento superficial DLi = escoamento sub-superficial AC = ascensão capilar

SaídasET = evapotranspiração Ro = escoamento superficial DLo = escoamento sub-superficial DP = drenagem profunda

Equacionando-se as entradas (+) e as saídas (-) de água do sistema, tem-se a variação de armazenamento de água no solo

∆∆∆∆ ARM = P + O + Ri + DLi + AC – ET – Ro – DLo – DP∆∆∆∆ ARM = P + O + Ri + DLi + AC – ET – Ro – DLo – DP

A chuva representa a principal entrada de água em um sistema, ao passo que acontribuição do orvalho só assume papel importante em regiões muito áridas,sendo assim desprezível. As entradas de água pela ascensão capilar também sãomuito pequenas e somente ocorrem em locais com lençol freático superficial e emperíodos muito secos. Mesmo assim, a contribuição dessa variável é pequena,sendo também desprezível. Já os fluxos horizontais de água (Ri, Ro, DLi e DLo),para áreas homogêneas, se compensam, portanto, se anulam. A ET é a principalsaída de água do sistema, especialmente nos períodos secos, ao passo que DPconstitui-se em outra via de saída de água do volume controle de solo nosperíodos excessivamente chuvosos.

Sendo assim, pode-se considerar que Ri ≈ Ro, DLi ≈DLo, O e AC desprezíveis, o que resulta na seguinte equação geral do balanço hídrico:

∆∆∆∆ ARM = P – ET – DP

Por meio dessa equação, pode-se determinar a variação da disponibilidade de água no solo. Caso se conheça a capacidade de água disponível (CAD) desse solo, pode-se determinar também a quantidade

de água armazenada por ele.de água armazenada por ele.

Uma das formas de se contabilizar o balanço de água no solo é por meio do método proposto por Thornthwaite e Mather (1955), denominado de Balanço Hídrico Climatológico, no qual a partir dos dados de P, de ETP e

da CAD, chega-se aos valores de disponibilidade de água no solo (Armazenamento = ARM), de alteração do armazenamento de água do solo (ALT = ∆ARM), de evapotranspiração real (ETR), de deficiência

hídrica (DEF) e de excedente hídrico (EXC = DP).

Balanço Hídrico Climatológico (BHC)O Balanço Hídrico Climatológico foi desenvolvido inicialmente com o objetivo de se caracterizar o clima de uma região, de modo a ser

empregado na classificação climática desenvolvida por Thornthwaite na década de 40. Posteriormente, esse método começou a ser empregado para fins agronômicos dada a grande interrelação da agricultura com as

condições climáticas.

O BHC elaborado com dados médios de O BHC elaborado com dados de P eO BHC elaborado com dados médios deP e ETP de uma região é denominado deBHC Normal. Esse tipo de BH é umindicador climatológico dadisponibilidade hídrica na região, pormeio da variação sazonal das condiçõesdo BH ao longo de um ano médio(cíclico), ou seja, dos períodos comdeficiências e excedentes hídricos.Essas informações são de cunhoclimático e, portanto, auxiliam noPLANEJAMENTO AGRÍCOLA.

O BHC elaborado com dados de P eETP de um período ou de umaseqüência de períodos (meses,semanas...) de um ano específico parauma certa região é denominado de BHCSeqüencial. Esse tipo de BH nosfornece a caracterização e variaçãosazonal das condições do BH ao longodo período em questão. Essasinformações são de grande importânciapara as TOMADAS DE DECISÃO.

Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico

Para se elaborar o BHC, seja ele o Normal ou o Seqüencial, há a necessidade dese conhecer a capacidade de água disponível no solo (CAD). A CAD representa omáximo de água disponível que determinado tipo de solo pode reter em funçãode suas características físico-hídricas, ou seja, umidade da capacidade decampo (θcc), umidade do ponto de murcha permanente (θpmp), densidade do solo(ds) e da profundidade efetiva do sistema radicular (Zr), onde se concentramcerca de 80% das raízes. Veja a representação esquemática abaixo e a seguir asdiferentes formas de se determinar a CAD.

θθθθ (cm 3/cm 3)

Z

θθθθcc θθθθsatθθθθpmp

Zr

00

Água gravitacionalÁgua residual

Capacidade de Água Disponível (CAD)

Determinação da CAD para elaboração do BHC

A partir das características físico-hídricas do solo

CAD = [(CC% – PMP%)/10] * ds * Zr

CC% = umidade da capacidade de campo, em % PMP% = umidade do ponto de murcha, em %

ds = densidade do solo Zr = profundidade específica do sistema radicular, em cmZr = profundidade específica do sistema radicular, em cm

A partir das características gerais do solo (Doorenbos e Kassam,1994)

CAD = CADmédia * Zr

CADmédia = capacidade de água disponível média, em mm/cm Zr = profundidade específica do sistema radicular, em cm

CADmédia p/ solos argilosos = 2,0 mm/cm CAD média p/ solos de text. Média = 1,4 mm/cm

CADmédia p/ solos arenosos = 0,6 mm/cm

A partir das características gerais da cultura – critério prático

Cultura Zr (cm)Hortaliças 10 a 20Arroz, batata, feijão 20 a 30Trigo 30 a 40Milho e soja 40 a 50Amendoim 50 a 60Cana, citrus, cafeeiro 70 a 100Espécies florestais 150 a 250

Valores médios daprofundidade efetiva dossistemas radiculares (Zr)das principais culturas doEstado de São Paulo.Adaptado de Alfonsi et al.(1990)

A partir das características gerais da cultura – critério prático

CAD = CADmédia * Zr CADmédia = 1,3 mm/cm

Zr = Tabela acima

OBS: Para fins climatológicos, ou seja, para determinação do BHCapenas para caracterização da disponibilidade hídrica regional, é muitocomum a adoção de valores de CAD variando de 75 a 125 mm.

Exemplos de determinação da CAD

Exemplo 1:CC = 32%, PMP = 20%, ds = 1,3 e Zr = 50 cm

CAD = (32 – 20)/10 * 1,3 * 50 = 78 mm

Exemplo 2:CC = 25%, PMP = 17%, ds = 1,2 e Zr = 50 cm

CAD = (25 – 17)/10 * 1,2 * 50 = 48 mm

Solo Argiloso

Solo Arenoso

Exemplo 3:Solo textura média ⇒ CADmédia = 1,4 mm/cme Zr = 50 cm

CAD = 1,4 * 50 = 70 mm

Exemplo 4:Critério prático ⇒ CADmédia = 1,3 mm/cme Zr = 50 cm

CAD = 1,3 * 50 = 65 mm

Solo de textura média

Critério prático

Elaboração do Balanço Hídrico ClimatológicoAntes de iniciarmos o BHC propriamente dito, há a necessidade de se entendercomo o método proposto por T&M (1955) considera a retirada e a reposição deágua do solo. Os autores adotaram uma função exponencial para a retirada deágua do solo (ver esquema abaixo), ao passo que a reposição é direta,simplesmente somando-se ao armazenamento de água do solo, o saldo positivodo balanço entre P e ETP [(P – ETP)+].

ARM/CAD

≥≥ ≥≥0

REPOSIÇÃO DE ÁGUA NO SOLO

Sempre que houver valor de (P-ETP)≥0, esse valor deve ser somado ao ARM do período anterior e em função desse novo valor de ARM, calcula-se o novo NAc usando-se a

|NAc/CAD|

1

00

RETIRADA DE ÁGUA DO SOLO

NAc = negativo acumulado = Σ (P-ETP)<0. Sempre quehouver valor de (P-ETP)<0, esse valor deve seracumulado e em função dele se calcula o ARM,usando-se a expressão: ARM = CAD * e-|NAc/CAD|

Retirada ⇒⇒⇒⇒ se (P – ETP) < 0

Repo

siçã

o ⇒⇒ ⇒⇒

se (P –ET

P) ≥≥ ≥≥ valor de ARM, calcula-se o novo NAc usando-se a

expressão: NAc = CAD * Ln ARM/CAD


Conhecendo-se P, ETP, a CAD e como se dá a retirada e reposição deágua no solo, pode-se agora iniciar a elaboração do BHC propriamentedita. Porém, antes iremos fazer algumas simulações para que oprocesso fique bem claro. Para tais simulações iremos considerarintervalos de tempo de 5 dias, numa seqüência de 6 períodos, e umaCAD = 100mm. Além disso, é necessário se definir algumas outrasvariáveis:

NAc = Σ (P-ETP)<0 ARM = CAD e-|NAc/CAD|

NAc = CAD Ln (ARM/CAD) ALT = ARMi – ARMi-1

Se (P-ETP) ≥ 0 ⇒ ETR = ETP Se (P-ETP) < 0 ⇒ ETR = P + |ALT|

DEF = ETP – ETR Se ARM < CAD ⇒ EXC = 0

Se ARM = CAD ⇒ EXC = (P-ETP) - ALT

Simulação 1

P = 50 mm ETP = 25 mm

ARMi = 100 ARMf = 100

Simulação 2

P = 10 mm ETP = 25 mm

ARMi = 100 ARMf = 86


ARMi = 100 ARMf = 100

(P-ETP) = +25 mm

ARMf = 100 + 25 = 100

NAc = 0

ALT = 100 – 100 = 0

ETR = ETP = 25 mm

DEF = 0

EXC = 50 – 0 = 50 mm


(P-ETP) = -15 mm

ARMf = 100 * e-15/100 = 86

NAc = -15

ALT = 86 – 100 = -14

ETR = 10 + |-14| = 24 mm

DEF = 25 – 24 = 1 mm

EXC = 0

Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD

P = 0 mm ETP = 25 mm

ARMi = 86 ARMf = 67

P = 40 mm ETP = 25 mm

ARMi = 67 ARMf = 82

Simulação 3 Simulação 4


ARMi = 86 ARMf = 67 ARMi = 67 ARMf = 82

(P-ETP) = -25 mm

ARMf = 100 * e-40/100 = 67

NAc = -15 + (-25) = -40

ALT = 67 - 86 = -19

ETR = 0 + |-19| = 19 mm

DEF = 25 – 19 = 6 mm

EXC = 0

(P-ETP) = +15 mm

ARMf = 67 + 15 = 82

NAc = 100 Ln 82/100 = -20

ALT = 82 – 67 = +15

ETR = ETP = 25 mm

DEF = 0

EXC = 15 – 15 = 0

P = 2 mm ETP = 25 mm

ARMi = 82 ARMf = 65

P = 100 mm ETP = 25 mm


Simulação 5 Simulação 6


ARMi = 82 ARMf = 65 ARMi = 65 ARMf = 100

(P-ETP) = -23 mm

ARMf = 100 * e-43/100 = 65

NAc = -20 + (-23) = -43

ALT = 65 - 82 = -17

ETR = 2 + |-17| = 19 mm

DEF = 25 – 19 = 6 mm

EXC = 0

(P-ETP) = +75 mm

ARMf = 65 + 75 = 100

NAc = 100 Ln 100/100 = 0

ALT = 100 – 65 = +35

ETR = ETP = 25 mm

DEF = 0

EXC = 75 – 35 = 40 mm

Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD

Roteiro para a Elaboração do Balanço Hídrico Climatológico

OBS: O roteiro a seguir é apresentado para a elaboração de um Balanço HídricoClimatológico Normal, ou seja, para um ano cíclico. Porém, com exceção para o modo deinicialização do BH, esse mesmo roteiro servirá para a elaboração do balanço hídricoSeqüencial e também o de Cultura (quando usaremos ETc ao invés de ETP e estimaremosETr ao invés de ETR).

1) Estimativa da ETP – deve-se estimar a ETP com o método mais adequado para aregião, em função dos dados meteorológicos disponíveis

2) Obtenção de dados de chuva (P) – esses dados devem ser obtidos junto apublicações que forneçam as normais climatológicas da região

3) Calcular (P-ETP), mantendo-se os sinais positivos (+) e negativos (-)

OBS: a partir daqui deve-se preencher as colunas a seguir (NAc e ARM) simultâneamente,iniciando-se com o primeiro mês com valor de (P-ETP) < 0, após uma seqüência de valorespositivos de (P-ETP), ou seja no início da estação seca. Porém, o valor de ARM a serdeterminado para se iniciar o BHC Normal, será o do último mês (período) da estaçãoúmida [com (P-ETP)≥0]. A determinação do ARM no último período da estação úmidadeverá seguir as seguintes condições:

A – se Σ(P-ETP) anual ≥ 0⇒ ARM = CAD no último período da estação úmida

B – se Σ(P-ETP) anual < 0, mas Σ(P-ETP)+ ≥ CAD ⇒ Idem a A

C – se Σ(P-ETP) anual < 0 e Σ(P-ETP)+ < CAD ⇒ NAc = CAD*Ln [(Σ(P-ETP)+/CAD)/(1 - eΣ(P-ETP)-/CAD))] no último período da estação úmida

4) Determinação do NAc e do ARM

⇒Se (P-ETP) < 0 ⇒ Calcula-se o NAc, ou seja os valores de (P-ETP) negativos, eposteriormente se calcula o valor do ARM (ARM = CAD e-|NAc/CAD| )

⇒Se (P-ETP) ≥ 0 ⇒ Calcula-se primeiro o ARM [ARM = ARM anterior + (P-ETP)] eposteriormente calcula-se o NAc [NAc = CAD Ln (ARM/CAD)]. Nesse caso o NAc deveser determinado no caso de houver um próximo período com (P-ETP)<0

5) Cálculo da Alteração (ALT = ∆ARM)

ALT = ARM – ARM anterior (ALT > 0 ⇒ reposição; ALT < 0 ⇒ retirada de água dosolo)

6) Determinação da ETR (Evapotranspiração Real)6) Determinação da ETR (Evapotranspiração Real)

Se (P-ETP) < 0 ⇒ ETR = P + |ALT| Se (P-ETP) ≥ 0 ⇒ ETR = ETP

7) Determinação da DEF (Deficiência hídrica = o quanto o sistema solo-planta deixoude evapotranspirar) DEF = ETP - ETR

8) Determinação do EXC (Excedente hídrico, que corresponde à água que não pode serretida e drena em profundidade = água gravitacional)

Se ARM < CAD ⇒ EXC = 0 Se ARM = CAD ⇒ EXC = (P-ETP) - ALT

Exemplo do Balanço Hídrico Climatológico Normal

MêsETP P (P-ETP) NAc ARM ALT ETR DEF EXC

mm mm mm mm mm mm mm mm mm

Jan 116 271 +155 0 100 0 116 0 155

Fev 97 215 +118 0 100 0 97 0 118

Mar 104 230 +126 0 100 0 104 0 126

Abr 88 119 +31 0 100 0 88 0 31

Local: Posse, GO (Lat. 14o06´S) Período: 1961-1990 CAD = 100mm

Abr 88 119 +31 0 100 0 88 0 31

Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 14 0

Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 31 0

Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 42 0

Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 68 0

Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 60 0

Out 109 123 +14 -171 18 +14 109 0 0

Nov 106 223 +117 0 100 +82 106 0 35

Dez 106 280 +174 0 100 0 106 0 174

Ano 1113 1537 +424 0 898 215 639

Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério A da inicialização)

Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) ⇒ 1537 = 1113 + 424 √

Σ P = Σ ETR + Σ EXC ⇒ 1537 = 898 + 639 √

Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF ⇒ 1113 = 898 + 215 √

Σ ALT = 0 ⇒ 0 = 0 √

Representação gráfica do BHC Normal

Aferição do BHC Normal

Posse, GO (1961-1990) - CAD = 10mm

-100

-50

0

50

100

150

200

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

mm

DEF(-1) EXC

Posse, GO (1961-1990) - CAD = 10mm

-100

-50

0

50

100

150

200


mm

Deficiência Excedente Retirada Reposição

Simplificada (EXC e –DEF) Completa (EXC, DEF, ALT)




Jan 153 72 -81 -1250 0 0 72 81 0

Fev 139 90 -49 -1299 0 0 90 49 0

Mar 143 148 +5 -300 5 +5 143 0 0

Abr 121 82 -39 -339 3 -2 84 37 0

Local: Petrolina, PE (Lat. 14o06´S) Período: 1961-1990 CAD = 100mm

Abr 121 82 -39 -339 3 -2 84 37 0

Mai 116 29 -87 -426 1 -2 31 85 0

Jun 97 10 -87 -513 1 0 10 87 0

Jul 103 13 -90 -603 0 -1 14 89 0

Ago 106 4 -102 -705 0 0 4 102 0

Set 127 6 -121 -826 0 0 6 121 0

Out 167 21 -146 -972 0 0 21 146 0

Nov 174 50 -124 -1096 0 0 50 124 0

Dez 157 84 -73 -1169 0 0 84 73 0

Ano 1603 609 -994 0 609 994 0

Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério C da inicialização)

Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) ⇒ 609 = 1603 + -994 √

Σ P = Σ ETR + Σ EXC ⇒ 609 = 609 + 0 √

Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF ⇒ 1603 = 609 + 994 √

Σ ALT = 0 ⇒ 0 = 0 √




Petrolina, PE (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150


mm

DEF(-1) EXC

Petrolina, PE (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dezm

m





Jan 96 45 -51 -261 7 -5 50 46 0

Fev 80 58 -22 -283 6 -1 59 21 0

Mar 94 100 +6 -212 12 +6 94 0 0

Abr 75 115 +40 -65 52 +40 75 0 0

Local: Garanhuns, PE (Lat. 8o33´S) Período: 1961-1990 CAD = 100mm

Abr 75 115 +40 -65 52 +40 75 0 0

Mai 76 104 +28 -22 80 +28 76 0 0

Jun 63 122 +59 0 100 +20 63 0 39

Jul 60 133 +73 0 100 0 60 0 73

Ago 63 74 +11 0 100 0 63 0 11

Set 60 47 -13 -13 88 -12 59 1 0

Out 83 33 -50 -63 53 -35 68 15 0

Nov 89 18 -71 -134 26 -27 45 44 0

Dez 98 22 -76 -210 12 -14 36 62 0

Ano 937 871 -66 0 748 189 123

Mês em que se iniciou o BHC Normal (Usando critério B da inicialização)

Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) ⇒ 871 = 937 + -66 √

Σ P = Σ ETR + Σ EXC ⇒ 871 = 748 + 123 √

Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF ⇒ 937 = 748 + 189 √

Σ ALT = 0 ⇒ 0 = 0 √




Garanhuns, PE (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150


mm

DEF(-1) EXC

Garanhuns, PE (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150


mm





Jan 105 143 +38 0 100 0 105 0 38

Fev 92 148 +56 0 100 0 92 0 56

Mar 90 121 +31 0 100 0 90 0 31

Abr 64 118 +54 0 100 0 64 0 54

Local: Passo Fundo, RS (Lat. 28o15´S) Período: 1961-1990 CAD = 100mm

Abr 64 118 +54 0 100 0 64 0 54

Mai 44 131 +87 0 100 0 44 0 87

Jun 35 129 +94 0 100 0 35 0 94

Jul 36 153 +117 0 100 0 36 0 117

Ago 43 166 +123 0 100 0 43 0 123

Set 47 207 +160 0 100 0 47 0 160

Out 68 167 +99 0 100 0 68 0 99

Nov 82 141 +59 0 100 0 82 0 59

Dez 100 162 +62 0 100 0 100 0 62

Ano 806 1786 +980 0 806 0 980

Neste caso o BHC Normal pode ser iniciado em qualqu er mês com ARM = CAD, pois não há negativo acumulad o

Σ P = Σ ETP + Σ(P-ETP) ⇒ 1786 = 806 + 980 √

Σ P = Σ ETR + Σ EXC ⇒ 1786 = 806 + 980 √

Σ ETP = Σ ETR + Σ DEF ⇒ 806 = 806 + 0 √

Σ ALT = 0 ⇒ 0 = 0 √




Passo Fundo, RS (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150


mm

DEF(-1) EXC

Passo Fundo, RS (1961-1990) - CAD = 100mm

-150

-100

-50

0

50

100

150


mm


Aplicações do Balanço Hídrico Climatológico Normal

Caracterização regional da

disponibilidade hídrica

Extrato do Balanço Hídrico Mensal

-200

-100

0

100

200

300

400


mm

DEF(-1) EXC


-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40


mm

DEF(-1) EXC

Extrato do Balanço Hídrico Mensal100


-150

-100

-50

0

50

100

150

200


mm

DEF(-1) EXC

disponibilidade hídrica DEF(-1) EXC

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80


mm

DEF(-1) EXC


-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350


mm

DEF(-1) EXC


-50

0

50

100

150

200


mm

DEF(-1) EXC


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180


mm

DEF(-1) EXC

A caracterização regional da disponibilidade hídrica do solo possibilita:

• A comparação dos climas de diferentes localidades

• A caracterização dos períodos secos/úmidos

• O planejamento agrícola (áreas aptas, época mais favorável desemeadura, sistema de cultivo, etc), baseado no zoneamentoagroclimático

Aplicações do Balanço Hídrico Climatológico Normal

Professor Daniel Fonseca de Carvalho

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

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2 - Agrometeorologia aplicada à irrigação · básicos de agrometeorologia pelos técnicos . IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 2.2 - Participação da energia radiante em superfícies