Aplicação ao caso Português

A plataforma FIGARO no apoio à gestão da rega

Tiago Brito RamosInstituto Superior Técnico

Feira Nacional de Agricultura, Santarém, Junho 2016

Objectivos da apresentação

• Sensores usados;

Descrever a aplicação da plataforma FIGARO no apoio àgestão da rega de uma parcela agrícola e avaliar aqualidade dos resultados obtidos.

• Modelos meteorológicos;

• Modelos hidrológicos e da cultura;

• Programação da rega;

• Relatório final com as recomendações da rega.

A plataforma FIGARO

Sensores:- humidade do solo- crescimento da cultura- estações meteorológicas- toalha freática

Previsão meteorológica Modelos hidrológicos e da cultura

Recomendação de quando

e quanto regar

A plataforma FIGARO

Biomassa

Regas programadas

ET0

A plataforma FIGARO

Dados históricos

Dados de campo

9 jun

Modelos hidrológicose da cultura

7 diasPrevisões meteorológicasModelos hidrológicos e da cultura

16 jun

A plataforma FIGARO

• Testada entre 2013 e 2015;

• Solo com textura franco-limosa;

• Cultura milho-grão;

• Rega com sistema de aspersão estacionário;

• Toalha freática a pouca profundidade (-0.4 a -1.5 m);

Sensores

• humidade do solo (sondas capacitivas a diferentesprofundidades);

• estações meteorológicas da rede Meteoagri;

• nível piezométrico (sondas de nível);

• quantidade de água aplicada (udógrafos, caudalímetros);

Leituras a cada 10 min.

Parâmetros da cultura monitorizadosmanualmente.

Modelos meteorológicos

MM5 (meteo.tecnico. ulisboa.pt/)

WRF (www. meteogalicia.es/)

• Previsões a 7 dias

• Resolução da ordem dos 5 km

• Modelos regionais

Modelos meteorológicos

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Temperatura média

Observações (ºC)

Pre

vis

õe

s (º

C)

MM5

WRF

R2 = 0.95

RMSE = 1.42 ºC

R2 = 0.97

RMSE = 0.95 ºC

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Modelos meteorológicos

Humidade Relativa

Observações (%)

Pre

vis

õe

s (%

)

MM5

WRF

R2 = 0.70

RMSE = 0.07 %

R2 = 0.81

RMSE = 0.06 %

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Modelos meteorológicos

Radiação Solar

Observações (W/m2)

Pre

vis

õe

s (W

/m

2)

MM5

WRF

R2 = 0.83

RMSE = 50.32 W/m2

R2 = 0.92

RMSE = 30.27 W/m2

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6 7

Modelos meteorológicos

Velocidade do vento

Observações (m/s)

Pre

vis

õe

s (m

/s)

MM5

WRF

R2 = 0.53

RMSE = 1.97 m/s

R2 = 0.69

RMSE = 2.12 m/s

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6 7

Modelos meteorológicos

ET0

Observações (mm)

Pre

vis

õe

s (m

m)

MM5

WRF

R2 = 0.90

RMSE = 1.09 mm

R2 = 0.93

RMSE = 1.22 mm

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

Modelos meteorológicos

Observações (mm)

Pre

vis

õe

s (m

m)

MM5

WRF

R2 = 0.51

RMSE = 4.70 mm

R2 = 0.24

RMSE = 4.17 mm

Precipitação

Modelos hidrológicos e das culturas

O modelo Aquacrop é desenvolvido e suportado pela FAO.

- Modelo de balanço semi-empírico;

- A dinâmica da água é calculada em função do grau de cobertura do soloe do armazenamento da água na zona radical;

- A percolação e a ascensão capilar são determinadas empiricamente.

O modelo MOHID é desenvolvido no IST e HIDROMOD.

- A dinâmica da água no solo é descrita em função de gradientes depressão;

- A transpiração potencial é distribuída ao longo da zona radical ereduzida localmente em função do potencial mátrico;

- O desenvolvimento das culturas é modelado segundo a teoria dasunidades de calor.

0

50

100

150

200

250

26/04/15 26/05/15 25/06/15 25/07/15 24/08/15 23/09/15

soil

wa

ter

sto

rag

e (

mm

)

2015 (validação)

Arm

az.

ág

ua

no

so

lo (

mm

)

Modelos hidrológicos e das culturas

0

50

100

150

200

250

21/05/14 20/06/14 20/07/14 19/08/14 18/09/14 18/10/14

soil

wat

er

sto

rage

(mm

)

MOHID

AQUACROP

Valores medidos 2014 (calibração)

Armazenamentode água no solo

Arm

az.

ág

ua

no

so

lo (

mm

)RMSE = 7.92 – 9.37 mm

EF = 0.08 – 0.73

RMSE = 12.02 – 24.80 mm

EF = 0.23 – 0.52

0

20

40

60

80

100

21/05/14 30/06/14 09/08/14 18/09/14

0

20

40

60

80

100

26/04/15 05/06/15 15/07/15 24/08/15 03/10/15

2015 (validação)

Co

be

rtu

ra d

o s

olo

(%

)

Modelos hidrológicos e das culturas

MOHID

AQUACROP

Valores medidos 2014 (calibração)

Cobertura do Solo

Co

be

rtu

ra d

o s

olo

(%

)

RMSE = 14.25 – 17.02 %

EF = 0.78 – 0.84

RMSE = 3.46 – 14.48 %

EF = 0.84 – 0.99

0

10

20

30

40

21/05/14 30/06/14 09/08/14 18/09/14

Dry

bio

mas

s (t

on

/ha)

0

10

20

30

40

26/04/15 05/06/15 15/07/15 24/08/15 03/10/15

2015 (validação)

Bio

ma

ssa

se

ca (

ton

/h

a)

Modelos hidrológicos e das culturas

MOHID

AQUACROP

Valores medidos 2014 (calibração)

Biomassa seca

Bio

ma

ssa

se

ca (

ton

/h

a)

RMSE = 4.62 – 5.13 ton/ha

EF = 0.87 – 0.89

RMSE = 3.72 – 3.83 ton/ha

EF = 0.93

Modelos hidrológicos e das culturas

MOHID AQUACROPValores medidos

Produção de milho - grão

0

5

10

15

20

1 2

Pro

du

ção

(to

n/

ha

)

2014 2015

Programação da rega

0

100

200

300

400

10/05/16 14/06/16 19/07/16 23/08/16 27/09/16

Arm

az.

ág

ua

no

so

lo (

mm

)

θFC

θWP

θp

Aquacrop:

• em função da capacidade de armazenamento de água no solo e das necessidades daplanta;

• definição de estratégias de rega: - intervalos fixos;- depleção permitida (mm ou %RAW)- dotação fixa

- até à capacidade de campo (+/- mm)

conforto hídrico

stress hídrico

-15

-12

-9

-6

-3

0

16/04/15 10/06/15 04/08/15 28/09/15

Programação da rega

h (

cm)

-300

-600

-900

-1200

-1500

Agricultor ht=-500 cm ht=-2000 cm

MOHID:

conforto hídrico

stress hídrico

• em função das necessidades daplanta e do potencial mátrico;

• A necessidade de rega éconsiderada automaticamentesempre que o potencialmátrico chega a umdeterminado valor ht;

• As necessidades de rega serãoas suficientes para repor o soloa um potencial mátrico alvo h0;

• constrangimentos para evitarregas (dotação mínima,dotação máxima, intervalo derega mínimo);

Programação da rega

Agricultor ht=-500 cm ht=-2000 cm

1.5

2.0

2.5

3.0

1 22014 2015

WP

(k

g/

m3)

Produtividade da água

Relatório enviado ao agricultor

Balanço hídrico semanal

Regas realizadas

Total de água aplicada

Evolução do armazenamento de água no solo Zona de conforto hídrico

Cultura em stress hídrico

Percolação

Conclusões

• A plataforma FIGARO é um sistema de apoio à decisão desenvolvido emparceria com diferentes universidades, centros de investigação e indústria;

• Os resultados da sua aplicação em Portugal mostraram que pode ser umaferramenta operacional importante ao nível da gestão da rega, capaz deintegrar e disponibilizar, em tempo real, informação variada de modo amelhorar o processo de tomada de decisão.

• Apesar de exigir algum trabalho de base, nomeadamente na calibração evalidação dos modelos hidrológicos, a plataforma tenta reduzir acomplexidade dos processos envolvidos, existindo, por isso, diferentesníveis de utilização.

Obrigado