Hidrologia (agricultura) - Hydrology (agriculture)
A hidrologia agrícola é o estudo dos componentes do balanço hídrico que intervêm na gestão da água na agricultura , especialmente na irrigação e drenagem .
Componentes do balanço hídrico
Os componentes do balanço hídrico podem ser agrupados em componentes correspondentes a zonas em uma seção transversal vertical no solo formando reservatórios com entrada, saída e armazenamento de água:
- o reservatório de superfície ( S )
- a zona de raiz ou insaturada ( zona vadose ) ( R ) com fluxos principalmente verticais
- o aquífero ( Q ) com fluxos principalmente horizontais
- uma zona de transição ( T ) em que os fluxos verticais e horizontais são convertidos
O balanço geral da água é:
- entrada = saída + mudança de armazenamento
e é aplicável a cada um dos reservatórios ou uma combinação dos mesmos.
Nos seguintes balanços, assume-se que o lençol freático está dentro da zona de transição.
Balanço de água superficial
Os componentes do balanço de água de entrada no reservatório de superfície ( S ) são:
- Rai - Água que chega verticalmente à superfície, por exemplo: precipitação (incluindo neve), chuva , irrigação por aspersão
- Isu - Água superficial que entra horizontalmente. Isso pode consistir em inundação natural ou irrigação de superfície
Os componentes do balanço de água de saída do reservatório de superfície ( S ) são:
- Eva - Evaporação de águas abertas na superfície do solo (ver equação de Penman )
- Osu - Escoamento superficial (natural) ou drenagem superficial (artificial)
- Inf - Infiltração de água através da superfície do solo na zona da raiz
O balanço das águas superficiais lê:
- Rai + Isu = Eva + Inf + Osu + Ws, onde Ws é a mudança de armazenamento de água no topo da superfície do solo
Exemplo de balanço de águas superficiais Um exemplo é dado de escoamento superficial de acordo com o método do número da curva . A equação aplicável é: - Osu = (Rai - Ws) 2 / (Pp - Ws + Rm)
onde Rm é a retenção máxima da área para a qual o método é usado
Normalmente verifica-se que Ws = 0,2 Rm e o valor de Rm depende das características do solo. O método Curve Number fornece tabelas para essas relações.
O método produz valores cumulativos de escoamento. Para obter valores de intensidade de escoamento ou velocidade de escoamento (volume por unidade de tempo), a duração cumulativa deve ser dividida em etapas de tempo sequenciais (por exemplo, em horas).
Balanço hídrico da zona radicular
Os componentes do balanço hídrico de entrada na zona raiz ( R ) são:
- Infiltração de água através da superfície do solo na zona da raiz
- Cap - Ascensão capilar de água da zona de transição
Os componentes do balanço de água de saída do reservatório de superfície ( R ) são:
- Era - Evaporação real ou evapotranspiração da zona de raiz
- Per - Percolação de água da zona da raiz insaturada para a zona de transição
O balanço hídrico da zona raiz é:
- Inf + Cap = Era + Per + Wr, onde Wr é a mudança de armazenamento de água na zona da raiz
Balanço hídrico da zona de transição
Os componentes do balanço hídrico de entrada na zona de transição ( T ) são:
- Per - Percolação de água da zona da raiz insaturada para a zona de transição
- Lca - Infiltração de água de rios, canais ou sistemas de drenagem na zona de transição, muitas vezes referida como perdas por infiltração profunda
- Ugw - infiltração vertical de água do aquífero para a zona de transição saturada
Os componentes do balanço de água de saída da zona de transição ( T ) são:
- Cap - Ascensão capilar de água na zona da raiz
- Dtr - Drenagem subterrânea horizontal artificial , consulte também Sistema de drenagem (agricultura)
- Dgw - Drenagem verticalmente descendente de água da zona de transição saturada para o aquífero
O balanço hídrico da zona de transição é:
- Per + Lca + Ugw = Cap + Dtr + Dgw + Wt, onde Wt é a mudança de armazenamento de água na zona de transição perceptível como uma mudança do nível do lençol freático.
Balanço de água do aquífero
Os componentes do balanço hídrico de entrada no aquífero ( Q ) são:
- Dgw - Drenagem verticalmente descendente de água da zona de transição saturada para o aquífero
- Iaq - Água subterrânea que entra horizontalmente no aquífero
Os componentes do balanço de água de saída do aquífero ( Q ) são:
- Ugw - infiltração vertical de água do aquífero para a zona de transição saturada
- Oaq - Saída horizontal de águas subterrâneas do aquífero
- Wel - Descarga de poços (tubulares) colocados no aquífero
O balanço hídrico do aquífero é:
- Dgw + Iaq = Ugw + Wel + Oaq + Wq
onde Wq é a mudança de armazenamento de água no aquífero perceptível como uma mudança da pressão artesiana .
Balanços hídricos específicos
Saldos combinados
Os balanços hídricos podem ser feitos para uma combinação de duas zonas de solo verticais limítrofes discernidas, em que os componentes que constituem a entrada e saída de uma zona para a outra irão desaparecer.
Em balanços hídricos de longo prazo (mês, estação, ano), os prazos de armazenamento são frequentemente insignificantes. Omitir isso leva a equilíbrios hídricos de estado estacionário ou de equilíbrio .
A combinação do reservatório de superfície ( S ) e zona da raiz ( R ) em estado estacionário produz o balanço hídrico da camada superior do solo :
- Rai + Isu + Cap = Eva + Era + Osu + Per, onde o fator de ligação Inf desapareceu.
A combinação da zona da raiz ( R ) e da zona de transição ( T ) em estado estacionário produz o balanço hídrico do subsolo :
- Inf + Lca + Ugw = Era + Dtr + Dgw, onde Wr os fatores de ligação Per e Cap desapareceram.
A combinação da zona de transição ( T ) e do aquífero ( Q ) em estado estacionário produz o balanço hídrico geo-hidrológico :
- Per + Lca + Iaq = Cap + Dtr + Wel + Oaq, onde Wr os fatores de ligação Ugw e Dgw desapareceram.
Combinar os três balanços hídricos superiores em estado estacionário dá o balanço hídrico agronômico :
- Rai + Isu + Lca + Ugw = Eva + Era + Osu + Dtr + Dgw, onde os fatores de ligação Inf , Per e Cap desapareceram.
A combinação de todos os quatro balanços hídricos em estado estacionário dá o balanço hídrico geral :
- Rai + Isu + Lca + Iaq = Eva + Era + Osu + Dtr + Wel + Oaq, onde os fatores de ligação Inf , Per , Cap , Ugw e Dgw desapareceram.
Exemplo de balanço hídrico geral Um exemplo é o reaproveitamento de água subterrânea para irrigação em poços bombeados. A irrigação total e a infiltração são:
- Inf = Irr + Wel, onde Irr = irrigação de superfície do sistema de canais, e Wel = irrigação de poços
A eficiência da irrigação do campo ( Ff <1) é:
- Ff = Era / Inf, onde Era = a evapotranspiração da cultura (uso consuntivo)
O valor de Era é menor que Inf , há um excesso de irrigação que se infiltra até o subsolo ( Per ):
- Per = Irr + Wel - Era, ou:
- Per = (1 - Ff) (Irr + Wel)
A percolação Per é bombeada novamente por poços para irrigação ( Wel ), portanto:
- Wel = Per, ou:
- Wel = (1 - Ff) (Irr + Wel) e, portanto:
- Wel / Irr = (1 - Ff) / Ff
Com esta equação, a seguinte tabela pode ser preparada:
Ff 0,20 0,25 0,33 0,50 0,75 Bem / Irr 4 3 2 1 0,33
Pode-se observar que com baixa eficiência de irrigação a quantidade de água bombeada pelos poços ( Wel ) é várias vezes maior do que a quantidade de água de irrigação trazida pelo sistema de canais ( Irr ). Isso se deve ao fato de que uma gota d'água deve ser recirculada em média várias vezes antes de ser utilizada pelas plantas.
Lençol freático fora da zona de transição
Quando o lençol freático está acima da superfície do solo, os balanços contendo os componentes Inf , Per , Cap não são apropriados, pois não existem. Quando o lençol freático está dentro da zona raiz, os saldos contendo os componentes Per , Cap não são apropriados porque não existem. Quando o lençol freático está abaixo da zona de transição, apenas o equilíbrio do aqüífero é apropriado.
Número reduzido de zonas
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Em condições específicas, pode ser que nenhum aquífero, zona de transição ou zona de raiz esteja presente. Os balanços hídricos podem ser feitos omitindo as zonas ausentes.
Valores líquidos e excedentes
Os componentes hidrológicos verticais ao longo do limite entre duas zonas com setas na mesma direção podem ser combinados em valores líquidos .
Por exemplo,: Npc = Por - Cap (percolação líquida), Ncp = Cap - Por (aumento capilar líquido).
Componentes hidrológicos horizontais na mesma zona com setas na mesma direção podem ser combinados em valores excedentes .
Por exemplo,: Egio = Iaq - Oaq (excesso de fluxo de água subterrânea sobre fluxo de saída), Egoi = Oaq - Iaq (excesso de fluxo de água subterrânea sobre fluxo de entrada).
Balanças de sal
Os balanços hídricos agrícolas também são usados nos balanços de sal de terras irrigadas.
Além disso, os balanços de sal e água são usados em modelos de drenagem agro-hidro-salinidade como o Saltmod .
Da mesma forma, eles são usados em modelos de salinidade de águas subterrâneas como o SahysMod, que é uma variação espacial do SaltMod usando uma rede poligonal.
Requisitos de irrigação e drenagem
A necessidade de irrigação (Irr) pode ser calculada a partir do balanço hídrico da camada superficial do solo , balanço hídrico agronômico ou balanço hídrico geral , conforme definido na seção "Balanços combinados", dependendo da disponibilidade de dados sobre os componentes do balanço hídrico.
Considerando a irrigação de superfície , assumindo que a evaporação da água superficial é desprezivelmente pequena (Eva = 0), definindo a evapotranspiração real Era igual à evapotranspiração potencial (Epo) de modo que Era = Epo e definindo o influxo de superfície Isu igual a Irr de modo que Isu = Irr, os saldos dão respectivamente:
- Irr = Epo + Osu + Por - Rai - Cap
- Irr = Epo + Osu + Dtr + Dgw - Rai - Lca - Ugw
- Irr = Epo + Osu + Dtr + Oaq - Rai - Lca - Iaq
Definindo a eficiência de irrigação como IEFF = Epo / Irr, ou seja, a fração da água de irrigação que é consumida pela cultura, verifica-se respectivamente que:
- IEFF = 1 - (Osu + Per - Rai - Cap) / Irr
- IEFF = 1 - (Osu + Dtr + Dgw - Rai - Lca - Ugw) / Irr
- IEFF = 1 - (Osu + Dtr + Oaq - Rai - Lca - Iaq) / Irr
Da mesma forma, o rendimento seguro dos poços , extraindo água do aquífero sem superexploração , pode ser determinado usando o balanço hídrico geo-hidrológico ou o balanço hídrico geral , conforme definido na seção "Balanços combinados", dependendo da disponibilidade de dados sobre os componentes do balanço hídrico .
Da mesma forma, a necessidade de drenagem subterrânea pode ser encontrada na descarga de drenagem (Dtr) no balanço hídrico do subsolo , no balanço hídrico agronômico , no balanço hídrico geohidrológico ou no balanço hídrico geral .
Da mesma forma, a necessidade de drenagem do poço pode ser encontrada na descarga do poço (Wel) no balanço hídrico geo-hidrológico ou no balanço hídrico geral .
Os requisitos de drenagem subterrânea e de drenagem de poços desempenham um papel importante no projeto de sistemas de drenagem agrícolas (referências :,).
Exemplo de requisitos de drenagem e irrigação Os requisitos de drenagem e irrigação na Holanda são derivados das características climáticas (veja a figura). Dados climáticos
na figura (mm)Verão
abril a agostoInverno
setembro a marçoAnual Precipitação P 360 360 720 Evaporação E 480 60 540 Mudança de armazenamento ΔW -120 +120 0 Requisito de drenagem D 0 180 180 Requisito de irrigação variável 0 variável
A quantidade de água a ser drenada em um inverno normal é:
- D = P - E - ΔW
De acordo com a figura, o período de drenagem é de novembro a março (120 dias) e a vazão do sistema de drenagem é
D = 180/120 = 1,5 mm / dia correspondendo a 15 m 3 / dia por ha.Durante os invernos com mais precipitação do que o normal, a necessidade de drenagem aumenta de acordo.
A necessidade de irrigação depende da profundidade de enraizamento das lavouras, que determina sua capacidade de aproveitamento da água armazenada no solo após o inverno. Tendo um sistema de enraizamento raso, as pastagens precisam de irrigação até uma quantidade de cerca de metade do esgotamento do armazenamento no verão. Praticamente, o trigo não requer irrigação porque desenvolve raízes mais profundas, enquanto durante o período de maturação um solo seco é favorável.
A análise da frequência cumulativa dos dados climáticos desempenha um papel importante na determinação das necessidades de irrigação e drenagem a longo prazo.