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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS
AVALIAÇÃO DA IRRIGAÇÃO POR SULCOS EM SOLOS COM CAMADA DE
IMPEDIMENTO
ALVARO MOREIRA ROTA
Orientador: Joel Goldenfum
Banca examinadora:
Adroaldo Dias Robaina (DER-UFSM)
André Luiz Lopes da Silveira (IPH-UFRGS)
Rita de Cássia Fraga Damé (DEA-UFPel)
Tese submetida ao Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento
Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito parcial para a
obtenção do título de Doutor em Engenharia
Porto Alegre, agosto de 2003
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II
I. APRESENTAÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido no Programa de Pós-graduação em Engenharia de
Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sob a orientação do Prof. Joel Goldenfum, da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
O apoio financeiro foi concedido pela Universidade Federal de Pelotas (UFPel),
instituição de origem do autor, e pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior (CAPES).
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III
II. AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Joel Goldenfum. Ao Prof. Raul Dorfman (in memorim), primeiro orientador
neste trabalho.
Aos funcionários da Granja Pitanga, sem ajuda dos quais não teria sido possível
realizar os ensaios de campo.
Aos colegas professores e alunos do Curso de Engenharia Agrícola da Universidade
Federal de Pelotas, pela compreensão durante o período de realização deste curso.
Aos meus pais (in memoriam), pelo grande incentivo que sempre me deram para que
estivesse sempre aperfeiçoando meus conhecimentos.
Finalmente à minha esposa Gladis, pelo incentivo para a realização do curso e
elaboração deste trabalho de tese.
IV
III. RESUMO
O objetivo deste trabalho foi o de analisar o movimento da água no perfil de solos
hidromórficos, do tipo glei, com camada de impedimento, quando irrigados por sulcos. Esses
solos têm vocação para o cultivo do arroz irrigado por inundação, sendo considerados
marginais para outros cultivos. A monocultura, decorrente dessas características, traz consigo
o surgimento de limitações ao cultivo, destacando-se entre elas o surgimento de invasoras
como arroz vermelho e preto, (Oryza sativa L.) que, por serem da mesma espécie da planta
cultivada, não podem ser erradicadas por meio de controle químico com aplicação de
herbicidas.
A introdução de cultivos alternativos ao de arroz é limitada, entre outros fatores, pela
pequena capacidade de armazenamento de água desses solos, o que torna a irrigação prática
imprescindível nesses casos. A pequena profundidade da camada impermeável, entretanto,
constitui um impedimento à penetração tanto do sistema radicular como da água.
Considerando que, neste método a profundidade de umedecimento não é a mesma, em
conseqüência de o tempo de permanência da lâmina sobre a superfície também não ser o
mesmo, para que a profundidade mínima de irrigação seja igual à profundidade do sistema
radicular, haverá sempre um excesso que irá percolar além dessa profundidade. Como a
profundidade destes solos está em torno de 0,40m, o excesso de água ao ter sua percolação
impedida, tende a saturar o perfil de maneira ascendente, a partir da camada de impedimento.
Buscando uma contribuição para a solução da problemática, procurou-se acompanhar
o movimento da água de irrigação no perfil desse tipo de solo, quando irrigado pelo método
de sulcos. Para tal, foi implantado um cultivo de sorgo granífero (Sorghun bicolor L.),
irrigado por sulcos retilíneos com 200m de comprimento e espaçamento de 0,95m. O
movimento da água no interior do solo foi monitorado por meio das variações de umidade,
com a utilização da prática da reflectometria no domínio do tempo (TDR).
As variações do conteúdo de água do solo, durante e após 24 horas cessada a irrigação,
indicaram que a distribuição da água no perfil do solo foi bastante boa, não restando pontos
com deficiência de umidade e não alcançando, a saturação, uma altura muito significativa,
que pudesse comprometer o desenvolvimento de cultivos mesofíticos.
A eficiência de aplicação calculada foi de 84%, considerada muito alta para esse
método de irrigação.
V
Foi aplicado, utilizando-se os dados do experimento, um modelo de simulação de
irrigação superficial, desenvolvido pelo U. S. Water Conervation Laboratory, do U. S.
Department of Agriculture, Simulation Irrigation Model SRFR. A simulação realizada pelo
modelo não representou o movimento da água no solo, da mesma forma como este foi
observado no campo.
VI
IV. ABSTRACT
The objective of the present work was to analyze the water movement in the profile of
hydromorphic soils, glay type, with an impediment layer, when irrigated by furrows. These
soils are destined for the cultivation of rice irrigated by inundation, being considered marginal
for others cultures. The monoculture, due to those characteristics, leads to the appearance of
limitations to the rice cultivation, mainly the appearance of weeds, such as the red and the
black rice (Oryza sativa L.) that can not be eliminated by chemical control with herbicides
because they belong to the same species of the cultivated rice.
The introduction of a culture alternative to the rice is limited, among others factors, by
the low capacity of water storage of these soils, fact that makes of the irrigation an obligatory
practice. The small depth of the impermeable layer, however, is an impediment to the
radicular system and water penetration. Considering that in the furrow irrigation the wetting
depth is not the same, because the time in which the water layer remains on the surface is not
the same too, in order the minimal irrigation depth be equal to the system radicular depth,
there will be always an excess of water that will percolate beyond that depth. As the depth of
these soils is around 0,40m, the excess of water, having its percolation impeded, tends to
saturate the profile in an ascensive way, from the layer of impediment. Attempting to
contribute for the solution of this problem, the present work had the objective of following the
irrigation water movement in the profile of this type of soil, when irrigated by furrows.
In order to accomplish that it was carried out a crop of grain sorghum (Sorghum
bicolor L.), irrigated by straight furrows measuring 200m of extension and 0,95m spaced. The
movement of the water inside the soil was monitored by the moisture variations using the
Time Domain Reflectometry (TDR) technique.
The variations of the water content in the soil, during and after 24 hours stopped the
irrigation, indicated that the water distribution in the soil profile was good enough, not
remaining moisture deficiency spots and not reaching the saturation, a very significant high,
that could hinder the development of mesophytic cultures.
The calculated efficiency of application was 84%, value that is considered very high
for furrow.
It was applied, using the experimental data, the Surface Irrigation Simulation Model
SRFR, developed by the U. S. Water Conservation Laboratory of U. S. Department of
VII
Agriculture. The simulation performed by the model didn’t represent the real water movement
in the soil.
VIII
V. ÍNDICE
I.
APRESENTAÇÃO
........................................................................................................II
II.
AGRADECIMENTOS
.................................................................................................. III
III.
RESUMO
......................................................................................................................IV
IV.
ABSTRACT
...............................................................................................................VI
V.
ÍNDICE
........................................................................................................................VIII
VI.
LISTA
DE SÍMBOLOS
............................................................................................XI
VII.
LISTA DE FIGURAS
.............................................................................................XIV
VIII.
LISTA DE TABELAS
............................................................................................XVI
1. Introdução ........................................................................................................................1
2. Objetivos..........................................................................................................................5
3. Revisão de literatura.........................................................................................................6
3.1. Noções sobre solos hidromórficos.................................................................................6
3.2. Principais métodos de irrigação – Visão geral...............................................................8
3.3. Fundamentos hidráulicos da irrigação de superfície....................................................13
3.3.1. Equação da continuidade.........................................................................................13
3.3.2. Equação da quantidade de movimento....................................................................14
3.4. Infiltração da água no solo ..........................................................................................18
3.4.1. Fatores que afetam a infiltração...............................................................................22
3.4.2. Métodos de simulação da infiltração.......................................................................23
3.5. Métodos de determinação da umidade do solo............................................................35
3.5.1. Reflectometria no domínio do tempo......................................................................35
3.5.2. Tensiômetro ............................................................................................................38
3.5.3. Sonda de nêutrons...................................................................................................39
4. Metodologia...................................................................................................................40
IX
4.1. Instalação experimental...............................................................................................40
4.1.1. Preparação da área experimental.............................................................................41
4.2. Instrumentação............................................................................................................42
4.3. Procedimentos experimentais......................................................................................44
4.3.1. Determinação da vazão máxima..............................................................................46
4.3.2. Infiltração................................................................................................................47
4.3.3. Avanço da corrente de água no sulco......................................................................50
4.3.4. Determinação da seção de escoamento do sulco......................................................50
4.3.5. Determinação da umidade do solo...........................................................................51
4.3.6. Determinação da água disponível no solo ...............................................................52
4.3.7. Determinação da lâmina e do volume de água a aplicar..........................................52
4.3.8. Tempo de aplicação da lâmina de água...................................................................53
4.3.9. Monitoramento da variação do conteúdo de água do solo durante a irrigação.........54
4.4. Modelo SRFR .............................................................................................................54
5. Resultados e discussão ...................................................................................................58
5.1. Avaliação das curvas do TDR.....................................................................................58
5.2. Determinações preliminares........................................................................................59
5.2.1. Vazão máxima.........................................................................................................60
5.2.2. Infiltração................................................................................................................60
5.2.3. Determinação da umidade do solo...........................................................................64
5.2.4. Água disponível no solo..........................................................................................67
5.2.5. Lâmina de água a aplicar.........................................................................................68
5.2.6. Volume necessário a aplicar aos sulcos...................................................................68
5.2.7. Tempo para incorporar a lâmina de água.................................................................68
5.2.8. Avanço da corrente de água no sulco......................................................................69
X
5.2.8.1. Duração das fases de avanço e armazenamento...............................................71
5.5.1. Fase de avanço........................................................................................................71
5.5.2. Fase de armazenamento...........................................................................................72
5.6. Tempo verificado de aplicação de água ao sulco (ta)..................................................74
5.7. Volume de água aplicado em cada sulco.....................................................................74
5.8. Estimativa inicial da eficiência de aplicação ...............................................................75
5.9. Monitoramento da variação do conteúdo de água do solo durante a irrigação.............76
5.10. Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação calculadas...................88
5.11. Lâmina de água aplicada.........................................................................................91
5.12. Umidade inicial.......................................................................................................92
5.13. Verificação da eficiência de aplicação.....................................................................93
5.14. Saturação do perfil do solo......................................................................................94
5.15. Aplicação do modelo SRFR....................................................................................94
6. Conclusão e recomendações.........................................................................................102
Recomendações
...............................................................................................................107
7. Referências bibliográficas............................................................................................108
1
ANEXOS
........................................................................................................................A
A.1. Classificação do solo....................................................................................................A
A.1.1. Ficha de resultados................................................................................................... A
A.1.2. Análise granulométrica............................................................................................. B
A.1.3. Porosidade................................................................................................................ C
XI
VI. LISTA
DE SÍMBOLOS
AFD água facilmente disponível
y altura de lâmina de água
ym altura máxima da lâmina de água
A área de seção transversal
CC capacidade de campo
n coeficiente de rugosidade de Mannig
L comprimento qualquer
K condutividade hidráulica
Ka constante dielétrica
θ
conteúdo volumétrico de água no solo
CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
S
0
declividade do fundo do sulco
D
difusibilidade
d distância qualquer
Embrapa Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias
Ea eficiência de aplicação
τ
esforço cortante
E espaçamento entre sulcos
S
f
fator de sucção e armazenamento
q fluxo de água no solo
F força
g gravidade
I infiltração
XII
t instante de tempo qualquer
IPH/UFRGS Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do
Sul
La lâmina aplicada
Ll lâmina líquida
Lma lâmina média aplicada
Lmp lâmina média percolada
Lr lâmina perdida para fora do sulco
T largura de lâmina de água
b largura do fundo do sulco
ρ
massa específica
γ
peso específico
z potencial gravitacional
φ
potencial matricial
P profundidade
p pressão
QM quantidade de movimento
s salinidade
S sortividade
i taxa de infiltração
ta tempo de avanço
t tempo de infiltração
TDR time domain reflectometry
hm tirante máximo de água
UA umidade atual
XIII
UFPel Universidade Federal de Pelotas
Q vazão
v velocidade
VBI velocidade básica de infiltração
V volume
Vaa volume a aplicar
Va volume aplicado
Vn volume necessário
XIV
VII. LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 – Elemento de massa líquida dentro do fluxo não-permanente no sulco............14
Figura 3.2 – Visão ampliada do elemento de fluido no sulco..............................................16
Figura 3.3 – Perfil de umidade típico do solo durante o processo de infiltração..................22
Figura 4.1 – Croqui de localização da área de instalação do ensaio ....................................42
Figura 4.2 – TDR , placa multiplexadora e guias de onda...................................................43
Figura 4.3 - TDR e placa multiplexadora no campo............................................................44
Figura 4.4 – Croqui de instalação das guias de onda...........................................................45
Figura 4.5 - Vista parcial do cultivo de sorgo......................................................................46
Figura 4.7 - Vertedores no início dos sulcos .......................................................................47
Figura 4.8 - Calha WSC ou Chamberlain............................................................................49
Figura 5.2 - Trecho de sulco com assoreamento de material...............................................60
Figura 5.3 – Taxa de infiltração..........................................................................................63
Figura 5.4 - Curva de retenção............................................................................................65
Figura 5.5 – Avanço da corrente de água no sulco..............................................................70
Figura 5.6 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram
cada sensor e estaca de localização destes na superfície. Primeira repetição..................80
Figura 5.7 – Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação,
primeira repetição...........................................................................................................80
Figura 5.8 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram
cada sensor e estaca de localização destes na superfície. Segunda repetição..................82
Figura 5.9 – Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Segunda repetição...........................................................................................................82
Figura 5.10 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram
cada sensor e estaca de localização destes na superfície. Terceira repetição...................84
XV
Figura 5.11 - Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Terceira repetição...........................................................................................................84
Figura 5.12 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram
cada sensor e estaca de localização destes na superfície. Média entre a primeira
repetição e a terceira repetição .......................................................................................87
Figura 5.13 - Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Média da primeira e terceira repetição............................................................................88
Figura 5.14 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em
cada estação. Primeira repetição.....................................................................................89
Figura 5.15 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em
cada estação. Segunda repetição.....................................................................................90
Figura 5.16 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em
cada estação. Terceira repetição.....................................................................................90
Figura 5.17 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em
cada estação. Média entre a primeira e terceira repetição...............................................91
Figura 5.18 – Lâminas de água sobre o fundo do sulco, linha de umedecimento da lâmina
de infiltração e linha de saturação...................................................................................99
XVI
VIII. LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 - Teores de umidade do solo, pelo método volumétrico de amostragem e com
o TDR.............................................................................................................................59
Tabela 5.2 – Teste de infiltração.........................................................................................62
Tabela 5.10 – Curva de retenção – Tensão (MPa)/ Umidade
θ
(%) ....................................64
Tabela 5.11 - Conteúdo de umidade determinado através da curva de retenção..................66
Tabela 5.3 – Curva de avanço de água no sulco..................................................................70
Tabela 5.4 – Tempo registrado em cada estaca e em cada sulco, da frente de avanço.........71
Tabela 5.5 – Duração da fase de avanço..............................................................................72
Tabela 5.6 - Valores médios de duração da fase de avanço.................................................72
Tabela 5.7 – Duração da fase de armazenamento................................................................73
Tabela 5.8 - Valores médios de duração da fase de armazenamento...................................73
Tabela 5.9 – Tempo de aplicação de água ao sulco.............................................................74
Tabela 5.12 – Conteúdos de água do solo (
θ
%) durante a realização do teste de irrigação
do sulco, da primeira repetição.......................................................................................77
Tabela 5.13 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de
profundidade nas respectivas estações - primeira repetição............................................79
Tabela 5.14 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do
sulco, segunda repetição.................................................................................................81
Tabela 5.15 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de
profundidade nas respectivas estações - segunda repetição ............................................81
Tabela 5.16 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do
sulco, terceira repetição..................................................................................................83
XVII
Tabela 5.17 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de
profundidade nas respectivas estações - terceira repetição .............................................83
Tabela 5.18 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do
sulco. Média da primeira e terceira repetição. ................................................................86
Tabela 5.19 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de
profundidade nas respectivas estações – Média entre a primeira e terceira repetição.....87
1
1.
Introdução
A irrigação por escoamento superficial é um dos processos mais antigos de irrigação
do solo. Mesmo assim, é ainda hoje um dos meios mais utilizados no mundo inteiro para
aplicar ao solo a quantidade de água necessária para repor os déficits hídricos que, em maior
ou menor escala, ocorrem nas áreas agrícolas. Dentre os métodos de irrigação por escoamento
superficial, o de sulcos é aquele que apresenta maior eficiência de irrigação e, em
conseqüência, o de maior economia de água, recurso cada vez mais escasso.
Os volumes de água perdidos durante o processo de irrigação, neste caso, consistem na
água que sai para fora do sulco no seu final, por escoamento superficial, e aquele resultante
das diferenças de profundidade irrigada no início e no final do sulco, devido basicamente à
diferença de tempo da permanência da água nesses dois pontos, ao longo da irrigação.
Dentre as características que deve apresentar a área a ser irrigada, para que este
método tenha sucesso, está a profundidade de irrigação, a qual, quanto maior for, menor será
o percentual de água perdida por percolação abaixo do sistema radicular (WALKER &
SKOGERBOE, 1987). Este valor consiste na diferença de profundidade irrigada no início e
no final da parcela, sendo que a menor profundidade, no final, deve ser correspondente à
profundidade mínima a ser irrigada. Outra característica necessária está relacionada com a
velocidade da frente de avanço da água no sulco, que quanto maior for, menor será a
diferença de tempo de permanência de aplicação no início e no final do sulco. Se for
verificada baixa velocidade de infiltração, associada a essa velocidade de aplicação com a
utilização de altas vazões, o benefício em termos de eficiência é maior ainda, tendo em vista
2
que menores diferenças de volume aplicado no início e no final do sulco serão registradas
(WALKER & SKOGERBOE, 1987).
Os solos hidromórficos do tipo glei, ou gleissolos, apresentam, a pequena
profundidade, uma camada impermeável que limita o desenvolvimento do sistema radicular,
caracterizando-se como uma camada de impedimento. Esta condição faz com que, ao
examinar-se a primeira condição anteriormente mencionada, considere-se esse solo
potencialmente não-adequado à irrigação por sulcos. Entretanto, tendo em vista que esses
solos ocorrem associados à topografia plana, o que permite a utilização de altas vazões
(BERNARDO, 1995), e que apresentam uma baixa velocidade de infiltração, estes atendem à
segunda das características exigidas, mencionadas anteriormente, ou seja, a utilização de altas
vazões em solos com baixa velocidade de infiltração.
As áreas agrícolas onde predomina esse tipo de solo são normalmente exploradas com
arroz irrigado. Sua utilização com outros tipos de exploração agrícola, apesar da necessária
rotação de cultivos sempre presente, é limitada pela necessidade de irrigação, tendo em vista
que a pequena espessura da camada superficial, resultante da presença da camada
impermeável, confere a estes um limitado reservatório de água.
A exploração dessas áreas com outras culturas, tais como sorgo, soja, milho ou
girassol, em rotação com o arroz, exige, desse modo, a adoção da prática da irrigação. O
método de irrigação por sulcos apresenta custos bastante inferiores àqueles de aspersão e de
irrigação localizada, e apresenta maior economia de água que os métodos de irrigação por
faixa e inundação. Entretanto, a diferença de profundidade irrigada no início e no final do
sulco, quando muito pronunciada, pode vir a inviabilizar a utilização desse método devido ao
fato de que, na presença da camada de impedimento, a água, ao não ter condições de percolar
a maiores profundidades, iniciaria um processo de saturação do solo no sentido ascendente a
3
partir da camada impermeável, que, dependendo de seu alcance, poderia impedir, no trecho
inicial do sulco, o desenvolvimento da cultura em nível economicamente aceitável.
Como conseqüência do fato de que, quanto maior a profundidade de irrigação,
melhores as condições para a adoção do método de irrigação por sulcos, e de que os solos ora
enfocados apresentam uma camada de impedimento a pequena profundidade, poucos são os
trabalhos de irrigação por sulcos nesse tipo de solo.
O primeiro questionamento que se faz, quando cogitada a utilização da irrigação por
sulcos nesse tipo de solo, está relacionado com o comportamento da altura de saturação do
solo. Sendo o tempo de permanência da água durante a irrigação maior no início do que no
final do sulco, ao ser atingida a capacidade de campo no final do sulco, a lâmina de água
aplicada no início será maior do que a necessária. Devido à presença da camada de
impedimento, a água em excesso não irá percolar, mas dará início a um processo de saturação
no sentido ascendente a partir dessa camada. Tanto maior será a lâmina de saturação quanto
maior for a diferença no tempo de permanência da água no início e no final do sulco. Duas
são as maneiras de diminuir-se essa diferença no tempo de permanência: diminuindo o
comprimento do sulco ou aumentando a velocidade de escoamento da frente de avanço da
água no sulco. A primeira solução é limitada por um comprimento mínimo que viabilize
economicamente a adoção do método, pois, caso contrário, a área perdida com canais e área
de manobra de máquinas, que são fixas, assumiriam percentuais muito altos. A segunda é
limitada por uma velocidade de fluxo que não provoque erosão, ou que atinja a capacidade
máxima de transporte sem trasbordamento.
Outra fonte de perda de água no processo de irrigação por sulcos está relacionada ao
escoamento para fora no final do sulco. Esta perda, entretanto, não se encontra relacionada à
4
presença da camada de impedimento a pequena profundidade. Em razão disso, este trabalho
não se propõe a determinar a mesma.
O movimento da água no sulco de irrigação, de acordo com STRAUCH (1985), pode
ser subdividido em quatro fases: avanço, armazenamento, depleção e recessão. A fase de
avanço inicia com a adução da água ao sulco e termina quando a frente alcança o final deste.
A fase de armazenamento ou de inundação inicia com o término da fase de avanço e continua
até a interrupção da adução de água ao sulco, quando então começa a fase de depleção, a qual
se prolonga até que a lâmina de água na extremidade superior do sulco seja extinta.
Finalmente, a fase de recessão inicia com o final da depleção e estende-se até que não ocorra
nenhum depósito de água na superfície.
Assim sendo, sente-se a necessidade de determinar o valor de saturação, para um
comprimento de sulco que possa permitir suficiente rentabilidade ao cultivo para torná-lo
atrativo economicamente, em comparação com outras alternativas de exploração agrícola para
essa situação, quando adotada a maior velocidade de fluxo permissível.
5
2. Objetivos
O objetivo deste trabalho consiste em analisar o movimento da água no perfil de solos
hidromórficos do tipo glei, quando irrigados por sulcos.
Para atingir este objetivo, as seguintes etapas são propostas:
i. Estabelecer o perfil da frente de infiltração até a camada impermeável, durante e após as
fases de avanço e armazenamento.
ii. Estabelecer o perfil da frente de saturação a partir da camada de impedimento em direção à
superfície, durante e após as fases de avanço e armazenamento.
6
3. Revisão de literatura
3.1. Noções sobre solos hidromórficos
De acordo com a classificação americana de solos de 1938, denominada sistema de
BALDWING, KELLOG e THORP, revisada em 1949 por THORP e SMITH, os solos
hidromórficos pertencem à ordem intrazonal (OLIVEIRA, 1972). De acordo com
BALDWING et al (1938), apud OLIVEIRA (1972), solos intrazonais são solos com perfil
mais ou menos bem desenvolvido, refletindo mais a influência de fatores pedogenéticos
locais, como topografia ou material de origem, que os efeitos normais do clima e da
vegetação. Segundo esse autor, esses solos não apresentam características tão bem
desenvolvidas como os zonais, em grande parte devido à influência da água no perfil. Essa
influência está condicionada principalmente ao relevo.
As características advindas do encharcamento desses solos podem ocasionar um
acúmulo de matéria orgânica ou fenômeno gleização, provocado pela redução e solubilização
dos compostos de ferro, que é evidenciado pela cor cinza e por mosqueamento.
No tipo intrazonal encontra-se parte dos solos cuja drenagem natural é insuficiente ou
quase nula, sendo característica quase geral a abundância de sais, alguns dos quais são tóxicos
para as plantas cultivadas (MELA MELA, 1963).
Segundo RESENDE (1988), esses solos apresentam espessa camada escura de matéria
orgânica mal decomposta, sobre camada acinzentada (gleizada). Devido ao ambiente de
oxirredução , muitos elementos tornam-se solúveis, podendo atingir, inclusive, níveis tóxicos.
7
Associados aos aspectos de má drenagem, os solos hiodromórficos apresentam, em
sua maioria, densidade naturalmente elevada, relação micro/macroporos muito alta, e baixa
capacidade de armazenamento de água na camada superficial, principalmente os que
apresentam horizonte A raso, de textura predominantemente franco arenosa (PINTO et al,
1999).
Segundo esses autores, as principais classes em que estão incluídas esses solos são:
planossolos, gleissolos, chernossolos ebânicos e chernossolos argilúvicos, plintossolos,
vertissolos flúvicos e neossolos quartzanênicos hidromórficos. Os gleissolos caracterizam-se
por apresentar um horizonte com cores cinzentas, horizonte glei, que começa dentro de 50cm
da superfície, indicativo de formação em ambiente de redução devido à saturação por água
por pelo menos um longo período do ano. Declaram os autores que, dentre os gleissolos, os
gleissolos melânicos eutróficos, apresentam um horizonte A húmico, com menos de 40cm de
espessura, escuro, sendo por isso, denominados melânicos.
De acordo com STRECK et al (2002), o SBCS (Sistema Brasileiro de Classificação do
Solo, Embrapa, 1999) estabelece seis níveis, chamados de níveis categóricos para a
classificação dos solos. No primeiro desses níveis, os solos são diferenciados em 14 ordens,
conforme as características que representam. Entre essas ordens, incluem-se os gleissolos. De
acordo com esses autores, esses solos apresentam uma seqüência de horizontes A-Cg ou A-
Bg-Cg ou H-Cg, onde os horizontes Bg e Cg são do tipo glei. Os gleissolos com horizonte
superficial A ou H, com maior espessura e teor de material orgânico, foram classificados
como melânicos no SBCS.
PINTO et al (1999) salientam que os principais fatores limitantes dos gleissolos estão
relacionados às más características físicas e à drenagem deficiente, com lençol freático muito
próximo da superfície. Em razão disso, o arroz irrigado é a cultura recomendada para esse
8
solo. Entretanto, em áreas onde for possível manter um bom sistema de drenagem, podem ser
cultivados com culturas anuais.
KLAMT & KÄMPF (1985) mencionam que esses solos têm uma fertilidade natural
maior que os planossolos. Segundo os mesmos autores, em alguns casos podem apresentar
concreções de carbonato de cálcio, horizonte C
ca.
De acordo com PARFITT & SILVA (1995) e BELTRAME & LOUZADA (1996), a
área de solos hidromórficos no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, ultrapassa 3 milhões de
ha. Esses solos têm sido tradicionalmente cultivados com arroz irrigado, sendo seguido, esse
cultivo, de um período de pousio de 3 a 4 anos, conforme PARFITT et al (1996). O
monocultivo de arroz irrigado em solos hidromórficos, de forma intensiva, vem ocasionando-
lhe problemas de degradação e, principalmente, uma alta infestação de arroz daninho
(vermelho e preto), (PORTO et al 1996). Segundo esses autores, as várzeas do Rio Grande do
Sul, Brasil, eram a fronteira agrícola de expansão de cultura do milho em rotação com arroz
irrigado. Esses pesquisadores obtiveram, em ensaios de cultivo de milho irrigado nesse tipo de
solo, produtividade de até 8.387 kg/ha, considerada muito alta para esse tipo de solo.
A irrigação de outras culturas que não o arroz inundado, nesse tipo de solo, como já
mencionado anteriormente, encontram dificuldades tanto no que diz respeito à irrigação,
quanto em relação à drenagem.
3.2. Principais métodos de irrigação – Visão geral
A prática da irrigação de cultivos agrícolas tem o objetivo de aplicar água ao solo de
modo a estabelecer um teor de umidade que permita se obterem produções com a maior
relação custo/benefício possível. Os métodos de irrigação traduzem o modo como é realizada
9
a irrigação. Os métodos de irrigação são os de aspersão, gotejamento, sulcos e inundação. Já
BERNARDO (1982), afirma que os métodos de sulcos e de inundação, juntamente com os de
faixa e subirrigação, compõem os métodos classificados como de superfície. LOPEZ et al
(1997) classificam o gotejamento como uma das variantes da irrigação localizada, assim como
a microaspersão. Os métodos de irrigação podem ser classificados em irrigação localizada,
incluindo o gotejamento e a microaspersão, irrigação por aspersão, irrigação por escoamento
superficial, na qual estão incluídos os métodos de sulcos e faixas, irrigação por inundação e
subirrigação.
O método de irrigação por sulcos, de acordo com OLITTA (1977), consiste na
condução da água em pequenos canais ou sulcos situados paralelamente às linhas de cultivo,
durante o tempo necessário para que a água infiltrada ao longo do sulco seja suficiente para
umedecer o solo na zona radicular da cultura. Depois do método de faixas, o método de sulcos
é o mais utilizado na Austrália para irrigar cultivos em linha, como algodão, milho, cana-de-
açúcar e leguminosas em geral (ESFANDIARI & MAHESHWARI, 2001).
Na irrigação por sulcos, a água infiltra-se no solo no sentido vertical e horizontal,
formando um bulbo úmido. A superposição adequada dos bulbos correspondentes a dois
sulcos vizinhos, umedece o perfil do solo até a profundidade desejada. Para atingir a
superposição ideal, que irá resultar em uma mesma profundidade umedecida, é necessário
combinar o espaçamento entre os sulcos, com a profundidade pretendida de umedecimento, e
com o avanço lateral da frente de infiltração. Enquanto a profundidade de irrigação está
relacionada com a profundidade do sistema radicular da cultura, o avanço lateral da frente de
infiltração está associado à textura do solo. De acordo com PEREIRA et al (1992), as perdas
de água na irrigação por sulcos são por escoamento superficial, no final da área, e por
percolação profunda.
10
Esse método apresenta grande vantagem em relação aos pressurizados, em razão da
reduzida energia necessária para aplicar água ao solo. Quando, entretanto, a topografia
apresenta-se muito irregular, a necessidade de sistematização do solo pode inviabilizar a
adoção deste. Por outro lado, em presença de solos muito arenosos, com alta taxa de
infiltração, esse método pode ocasionar profundidades de umedecimento muito desuniformes
ao longo da parcela, tendo em vista o fato de a água não ser aplicada concomitantemente em
toda a superfície irrigada. Como a água é aplicada ao sulco a partir de um único ponto, o
tempo de aplicação não é igual ao longo do trecho, e conseqüentemente, a altura de água
aplicada também não é a mesma em todos os pontos.
Buscando minimizar essas variações de altura de água aplicada, e em conseqüência da
profundidade de umedecimento, as seguintes práticas de aplicação de água são adotadas,
dependendo da situação específica de cada caso: (a) Diferentes vazões em uma mesma
irrigação. (b) Sulcos fechados no final.
Na adoção de diferentes vazões, utiliza-se uma vazão máxima que não cause erosão ou
que não extravase lateralmente, procurando, desse modo, diminuir o tempo que a frente de
avanço leva ao percorrer o sulco. Isso irá diminuir a diferença de tempo de permanência no
início e no final do sulco e, desse modo, a altura de água aplicada nesses dois pontos.
A utilização de uma vazão superior àquela correspondente ao volume a ser infiltrado
ao longo do sulco, após a frente de avanço atingir o final da parcela, causa desperdício de
água. Desse modo, a vazão nessa segunda fase, denominada de armazenamento, tem de ser
reduzida a um valor limitado pela taxa de infiltração.
A utilização do final do sulco fechado busca uniformizar a altura de água aplicada,
mediante o acúmulo desta na parte final da parcela.
11
Em vista do exposto, percebe-se que o comprimento do sulco interfere diretamente na
uniformidade de aplicação de água. De acordo com FEYEM & ZERIHUN (1999), quanto
menor o comprimento do sulco, melhor a uniformidade de distribuição de água. Entretanto, a
um menor comprimento, corresponde um maior percentual de superfície perdida com canais,
drenos e área de manobra de máquinas. De acordo com a maioria dos trabalhos publicados
sobre esse assunto HIDALGO GRANADOS (1971), OLITTA (1977), BERNARDO (1995),
WALKER & SKORGERBOE (1987), um comprimento que contempla de modo equilibrado
esses dois fatores é aquele correspondente ao percorrido pela frente de avanço quando,
adotada a vazão máxima permissível, segundo o critério anteriormente mencionado, tiver
decorrido 1/4 do tempo necessário para incorporar a quantidade de água pretendida.
De acordo com BERNARDO (1995), em razão da velocidade a ser atingida pela água
de irrigação no sulco, assim como aquela resultante da precipitação sobre os sulcos, a
declividade máxima do sulco deve ficar limitada a 2%. Esse valor máximo está também na
dependência da textura do solo, da presença ou não de cobertura vegetal no sulco, assim como
das intensidades de precipitação mais freqüentes na região. Em certos casos, esse valor não
pode ser superior a 1%.
Em solos com camada de impedimento, a frente de infiltração, ao atingir esse
horizonte impermeável, inicia um processo de saturação em sentido ascendente, a partir da
interface entre as duas camadas. Em solos com baixa velocidade de infiltração, pouca
declividade e pouca profundidade, o volume de água armazenada no início é muito
significativo. Segundo CLEMMENS (1992), o volume de água armazenada na superfície
aumenta com a diminuição da declividade do sulco. Esse fato faz com que, em muitas
situações, o tempo total de irrigação seja muito semelhante ao da fase de avanço. Nesta
situação, em razão da declividade do sulco, o maior volume de água acumula-se no final,
12
secando primeiramente no início e, por último, no final. Este fato tende a fazer com que o
tempo de permanência da água no início e no final não seja muito diferente e,
conseqüentemente, as alturas infiltradas ao longo do sulco.
Para a maioria das condições de irrigação por sulcos em declive, o tempo de recessão é
insignificante em comparação ao de avanço e armazenamento, sendo considerado que a fase
de recessão tem um efeito negligenciável na programação da irrigação (SCHWANK &
WALLANDER, 1988).
Segundo FEYEM & ZERIHUN (1999), na realização do projeto de irrigação por
sulcos, os parâmetros, vazões, comprimento, espaçamento de sulcos e tempo de irrigação são
definidos com base na declividade, coeficiente de rugosidade, geometria do sulco, tipo de solo
e quantidade de água a ser aplicada.
HANSON et al (1997), trabalhando em Fazendas no Vale de Salinas, Califórnia,
Estados Unidos, compararam a irrigação por sulcos, gotejamento superficial e gotejamento
subsuperficial em cultivos de alface, brócolis e couve-flor. Os autores encontraram
rendimentos praticamente iguais para sulcos e gotejamento subsuperficial, entretanto
gotejamento superficial apresentou um menor rendimento. SCHWEERS & GRIMES (1976),
apud HANSON et al (1997), obtiveram maiores rendimentos em tomate irrigado por
gotejamento do que por sulcos. Apesar da vantagem da economia de água, os autores
consideram os custos da irrigação por gotejamento, uma grande desvantagem em relação à
sulcos. CETIN &BILGEL (2001) compararam os métodos de sulcos, aspersão e gotejamento
na irrigação de algodão na Turquia, tendo obtido rendimentos respectivamente de 3.630kg/ha,
3.380kg/ha e 4.380kg/ha.
13
3.3. Fundamentos hidráulicos da irrigação de superfície
As equações básicas de fluxo em irrigação superficial são as mesmas que descrevem o
fluxo em canais e cursos de águas naturais (STRAUCH, 1985). O fluxo de água sobre a
superfície do solo é não-permanente, pois considera a variação no tempo e no espaço, das
variáveis que o descrevem, (TUCCI, 1993). As equações que retratam o escoamento
superficial são as da continuidade e da quantidade de movimento, também conhecidas como
equações de Saint-Venant ou de Navier-Stokes.
3.3.1. Equação da continuidade
Consideremos um elemento infinitesimal de massa líquida em um sulco, conforme é
mostrado na figura 3.1. No tempo í, as condições de entrada são Q, y, T e I, representando
vazão, altura, largura superficial e infiltração. No mesmo tempo t, as condições do lado direito
do elemento infinitesimal da massa líquida são Q + Qx dx, y + yx dx, T + Tx dx, e I + Ix dx.
Como a vazão é igual ao produto da área pela velocidade, os parâmetros de entrada e saída
para área e velocidade podem ser escritos como A e A + Ax dx, e v e v + vxdx,
respectivamente. Assumindo-se que o sulco é prismático, então
∂
A = T
∂
y (3.1)
A massa que entra na seção à esquerda é
ρ
Qdt, a massa que infiltra no trecho é
ρ
Idx.dt
e a massa que sai na seção à direita é
ρ
[(Q+
∂
Q/
∂
x)dz]dt. A variação da massa armazenada no
14
intervalo dt é
ρ
(
∂
A/
∂
t)dx.dt, sendo Q a vazão; A área da seção; I a infiltração por unidade de
comprimento de trecho; e
ρ
a massa específica da água. A equação da continuidade baseada
na conservação da massa, será:
ρ
(
∂
A/
∂
t) dx.dt=Q dt+
ρ
I dx.dt-
ρ
[Q+(
∂
Q/
∂
x)dx]dt
0
=+
∂
∂
+
∂
∂
I
x
Q
t
A
(3.2)
Figura 3.1 – Elemento de massa líquida dentro do fluxo não-permanente no sulco
3.3.2. Equação da quantidade de movimento
Segundo TUCCI (1993), a quantidade de movimento (QM) é obtida pelo somatório
dos vetores da quantidade de movimento que entram em um trecho de canal. A quantidade de
movimento é o produto da massa pela velocidade, ou seja,
ρ
vA
=
ρ
Q,
e o fluxo de QM através
15
de uma seção é
ρ
v
2
A. A quantidade de movimento que entra no trecho é
ρ
Q
2
/A e a QM que
sai é
ρ
Q
2
/A + [
∂
(
ρ
Q
2
/A)/
∂
x] dx, onde
ρ
é a massa específica do fluído. A QM resultante fica
dx
x
AQ
∂
ρ
∂
−
)/(
2
(3.3)
A variação da QM no trecho é
dx
t
Q
∂
ρ
∂
)(
(3.4)
Em uma visão ampliada da figura 3.1, do elemento de fluido mostrado na figura 3.2,
três forças atuam na superfície do elemento: (a) a força da gravidade atuando na direção do
fluxo, (b) a força de pressão atuando em cada extremidade do elemento e (c) as forças de
atrito ao longo do perímetro molhado.
16
Figura 3.2 – Visão ampliada do elemento de fluido no sulco
a) Força da gravidade
Se a declividade do fundo (S
o
) for pequena a ponto de poder ser considerada igual ao
seno do ângulo dessa linha com o plano de declividade nula, a componente do peso na direção
do fluxo será:
F
w
=
γ
A S
o
dx (3.5)
onde
γ
é o peso específico do fluído, igual ao produto de
ρ
pela aceleração da gravidade, g.
b) Força de pressão
17
A força de pressão atuando nos limites do elemento de fluído F
1
e F
2
é o produto do
peso específico do fluído
γ
, a distância da superfície da água ao centróide das áreas limites h e
a área A.
Se chamarmos d a distância do fundo do sulco ao centróide da área, teremos
y = h + d (3.6)
e a força de pressão resultante será
F
p
= -
γ
A y
x
dx (3.7)
c) Força de atrito
Considera-se normalmente que o esforço cortante
τ
em movimento não-permanente é
igual àquele de condições de fluxo permanente (CHOW, 1959). A força devida ao atrito da
massa líquida com as paredes do sulco é
F
f
= -
τ
P dx (3.8)
onde P é o perímetro molhado e
τ
é o esforço cortante, obtido por
τ
=
γ
R S
f
(3.9)
18
onde R é o raio hidráulico e S
f
a declividade da linha de atrito. Substituindo o valor de
τ
obtido na equação 3.9, em 3.8, a força de atrito será
F
f
=
γ
A S
f
dx (3.10)
Sendo a variação da QM do trecho, equação 3.4, igual à soma da quantidade de
movimento que entra no trecho menos a que sai, equação 3.3, mais a soma das forças que
atuam no trecho, equações 3.5, 3.7 e 3.9, a equação da quantidade de movimento pode ser
escrita como segue
f
SAgSAg
x
y
gA
x
AQ
t
Q
−=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
0
2
)/(
(3.11)
As equações 3.2 e 3.11 são as denominadas equações de Saint-Venant.
3.4. Infiltração da água no solo
Todo projeto de irrigação possui parâmetros que são determinados em função do
regime de infiltração de água no solo. Devido às características específicas de cada método de
irrigação, toda ou somente um trecho da curva de infiltração condicionam o processo de
infiltração . De um modo geral, pode-se dizer que, naqueles métodos nos quais a água é
aplicada ao solo diretamente no local de infiltração, isto é, sem ocorrência de escoamento
superficial nem empoçamento, a intensidade de aplicação de água deverá ser limitada pela
19
taxa de infiltração correspondente ao tempo de irrigação, isto é, o tempo necessário para
aplicar a lâmina de irrigação.
Conseqüentemente, nesses métodos, que são principalmente aspersão e gotejamento, a
lâmina acumulada de infiltração será o produto da intensidade de aplicação pelo tempo de
irrigação, ou seja , de aplicação.
Naqueles métodos em, que a água não é aplicada simultaneamente em toda a
superfície a ser irrigada, isto é, onde sepretende a ocorrência de escoamento superficial,
naturalmente haverá acúmulo de água sobre a superfície, e a velocidade com que a água
penetra no solo em determinado instante será a própria taxa de infiltração característica
daquele solo, naquele momento. Esse é o caso dos métodos de irrigação por escorrimento
superficial e também os de submersão. Nestes, a lâmina de infiltração acumulada será
estabelecida pela integração da função de infiltração.
Diversas são as equações de infiltração propostas para expressar a lei de infiltração de
água no solo. São equações desenvolvidas empiricamente, ou a partir de considerações físicas,
e aplicam-se somente a solos homogêneos que permanecem homogêneos durante o processo
(LIBARDI 1995).
A infiltração é o processo pelo qual a água de precipitação ou irrigação penetra no solo
através da superfície. Taxa de infiltração é a quantidade de água que atravessa a unidade de
área da superfície do solo por unidade de tempo.
A taxa de infiltração será igual à intensidade de precipitação ou à intensidade de
aplicação de água de irrigação, quando esses valores forem inferiores à capacidade de
infiltração. Quando a capacidade de infiltração for superada, a taxa de infiltração será limitada
por esta.
20
A infiltração em um solo inicialmente seco ocorre sob a ação combinada dos
gradientes de pressão, gravidade e de sucção. O gradiente de sucção é a relação entre a
diferença de pressão matricial, negativa, entre a zona de saturação e a frente de
umedecimento, e a distância entre elas. De acordo com LIBARDI (1995), a água é retida no
solo, em razão das forças capilares e de adsorção, as quais, juntas, são chamadas de forças
mátricas.
À medida que a água se infiltra no solo, tem-se o aprofundamento da frente de
umedecimento e, conseqüentemente, a distância entre a zona saturada e a frente aumenta,
diminuindo o gradiente. A partir de uma determinada profundidade, esse gradiente torna-se
desprezível, permanecendo a infiltração como função apenas do gradiente de gravidade.
Como este é igual à unidade, pois a altura de gravidade diminui a razão de um centímetro para
cada centímetro de profundidade abaixo da superfície, o fluxo tende a permanecer constante e
igualar-se à condutividade hidráulica.
Por outro lado, verifica-se que o potencial matricial está relacionado com a capacidade
do solo de reter água. A água é retida no solo, nos capilares, pela tensão superficial, e por
adsorsão na forma de um filme de água em torno das partículas de solo. A força com que a
água é retida pelo solo nessas duas formas é inversamente proporcional ao conteúdo de água
no solo.
Pelo exposto, conclui-se que os solos secos apresentam uma maior capacidade de
retenção e absorção de água e, em conseqüência, uma maior taxa de infiltração. À medida que
o solo torna-se mais úmido, a capacidade de infiltração decresce. Isso, entretanto, não é
verdade para os solos de textura mais grosseira. Nesses, a participação do potencial matricial
no processo não é tão significativa e, desse modo, quando o solo torna-se mais úmido, maior
número de poros passa a conduzir água, e maior será a taxa de infiltração.
21
Percebe-se que o conhecimento de todo o processo de infiltração é de fundamental
importância, não só para o entendimento do ciclo hidrológico, mas principalmente para a
atividade de irrigação.
O processo de infiltração de água no solo, pode ser dividido em cinco estágios ou
zonas, para um perfil de solo homogêneo (figura 3.3). Estes são citados a seguir:
a) zona saturada: é formada no estágio inicial da infiltração. A espessura dessa camada é de
apenas alguns milímetros ou centímetros.
b) zona de transição: situa-se imediatamente abaixo da anterior. Caracteriza-se por apresentar
uma queda rápida no teor de umidade.
c) zona de transmissão: apresenta um teor de umidade constante, abaixo da saturação e acima
da capacidade de campo. A espessura dessa camada aumenta com o tempo.
d) zona de umedecimento: o teor de umidade decresce rapidamente com a profundidade,
formando-se um gradiente de potencial de água entre dois pontos, e consequentemente, a
condutibilidade hidráulica decresce exponencialmente.
e) frente de molhamento: é a superfície limite das partes úmida e seca do perfil, onde ocorre o
maior gradiente de potencial de água.
22
Figura 3.3 – Perfil de umidade típico do solo durante o processo de infiltração
3.4.1. Fatores que afetam a infiltração
•
Tempo: a taxa de infiltração decresce com o tempo.
•
Teor de umidade inicial: a taxa de infiltração decresce com o aumento do teor de umidade
do solo.
•
Condutibilidade hidráulica: quanto maior a condutibilidade hidráulica do solo, maior a
taxa de infiltração.
•
Razão de aplicação de água: quanto maior for a razão de aplicação de água, mais profunda
a frente de molhamento para uma mesma quantidade de água aplicada, e menor o teor de
umidade do perfil umedecido.
23
Textura: os solos de textura mais grossa costumam apresentar uma taxa de infiltração
inicialmente menor que aqueles de textura mais fina, quando em condições de solo seco. À
medida que o solo se torna mais úmido, os solos de textura mais grossa aumentam sua taxa de
infiltração, conforme comentado anteriormente.
3.4.2. Métodos de simulação da infiltração
No solo, o escoamento processa-se no sentido do potencial decrescente. O regime de
escoamento é proporcional ao gradiente desse potencial e é afetado pelas propriedades
geométricas dos poros.
Segundo TUCCI (1993), a extensão da lei de Darcy para solo não-saturado requer que
se considere a condutividade hidráulica variável com o teor de umidade e a carga
piezométrica, que apresenta dois componentes principais em um solo não-saturado, o
potencial matricial
φ
e o gravitacional z. Assim, a equação de Darcy-Buckingham passa a ser
a seguinte:
qK
z
z
=−
+
()
()
θ
∂
φ
∂
(3.12)
ou
qK
z
K
=− −
() ()
θ
∂
φ
∂
θ
(3.13)
No solo saturado, todos os poros estão cheios de água, e a condutividade hidráulica é
máxima. À medida que os poros secam, diminui a seção transversal de escoamento. Os poros
maiores são os primeiros a secar, o escoamento permanece, então, nos poros de maior
24
resistência e de maior tortuosidade. Em conseqüência disso, tem-se que a condutividade
hidráulica em solo saturado é um valor constante, enquanto que para solos não-saturados é um
valor variável, dependente do conteúdo de umidade.
São as seguintes as equações apresentadas, que simulam a infiltração:
Equação de Richards
Diz-se que o escoamento é não-transitório quando se apresenta constante no tempo e
no espaço, que é o caso do escoamento em solo saturado. Por outro lado, o escoamento será
transitório quando o fluxo for variável no tempo e no espaço. No escoamento transitório, o
teor de água também se apresenta variável durante o escoamento. O escoamento em solo não-
saturado é transitório.
De acordo com LIBARDI (1995), a equação de Darcy-Buckingham para fluxo
vertical, equação 3.13, não é suficiente para descrever o escoamento transitório que deve
obedecer à lei da conservação da massa, expressa na equação da continuidade, que, para fluxo
vertical, pode ser representada pela equação 3.14.
∂θ
∂
∂
∂
t
q
z
=−
(3.14)
onde
∂θ
é a variação do conteúdo de umidade no tempo,
∂
t e
∂
q é a variação do fluxo na
profundidade
∂
z. Esta equação estabelece que quando o fluxo aumenta com a profundidade z,
a água contida no solo deve decrescer com o tempo e vice-versa. Substituindo-se, na equação
3.13, o valor do fluxo obtido na equação de Darcy- Buckingham, tem-se:
25
)()(
θ−
∂
∂
φ
θ
∂
∂
−=
∂
∂θ
K
z
K
zt
(3.15)
Esta é a equação do movimento da água no solo, conhecida como a equação de Richards.
Equação de Richards empregando o termo da difusão
O gradiente de sucção, da equação de Richards, pode ser expandido como
∂
φ
∂
∂
φ
∂θ
∂θ
∂
zz
=
(3.16)
sendo
∂θ
∂
z
o gradiente do conteúdo de água, e
∂
φ
∂θ
a recíproca do conteúdo específico de água,
C(
θ
):
C()
θ
∂θ
∂
φ
=
(3.17)
que é a inclinação da curva característica água-solo.
A equação de Richards, pode ser reescrita como segue:
)(
)(
)(
)(
)()()(
z
)(-=
θ−
∂
θ∂
θ
θ
=θ−
∂
∂θ
∂θ
∂
φ
θ−=θ−
∂
∂
φ
θ
K
zC
K
K
z
KKKq (3.18)
26
Sendo a difusibilidade D(
θ)
,
DK
K
C
() ()
()
()
θθ
∂
φ
∂θ
θ
θ
==
(3.19)
Assim, pode-se dizer, portanto, que a difusibilidade é a razão da condutibilidade
hidráulica para o conteúdo específico de água, conforme pode ser verificado na equação 3.19,
ou, ainda, a razão do fluxo pelo gradiente do conteúdo de umidade, conforme a equação
abaixo:
qD
z
=−
()
θ
∂θ
∂
(3.20)
Empregando-se o termo difusibilidade, a equação do escoamento fica:
)]()([
θ+
∂
θ∂
θ
∂
∂
=
∂
θ∂
K
z
D
zt
(3.21)
Equações empíricas
a) Equação de Kostiakov – 1932
A equação de Kostiakov tem a forma
i = i
i
t
-a
(3.22)
27
Onde i
i
é a taxa de infiltração no início, isto é, em t = 0, e a uma constante. Os valores
desses parâmetros são determinados empiricamente a partir de observações de dois pares de
valores de i e t LIBARDI (1995).
Denominando por I a infiltração acumulada no tempo t, tem-se que
dt
dI
i
=
(3.23)
Integrando-se a equação 3.23 tem-se
a
t
i
I
tidt
−
∫∫
=
00
(3.24)
Considerando-se que a taxa de infiltração é sempre decrescente e a infiltração
acumulada nunca é negativa, então a e 1-a têm de possuir valores positivos;
conseqüentemente, a tem de ser menor que l.
Na equação 3.22, i tende para 0 quando t tende para infinito. É um fato largamente
conhecido que, quando t tende para infinito, i tende a um valor constante igual a K(0);
portanto a dedução acima, verificada na equação 2.1, é uma inverdade.
Substituindo-se i por K(0) na 3.23, é possível inclusive calcular quando i se tornará um
valor constante igual a K(0):
K(0) = i
i
t
-a
(3.25)
28
a
i
K
i
t
1
)0(
=
(3.26)
Pode-se concluir daí que a equação de Kostiakov é válida somente para os estágios
iniciais da infiltração.
b) Equação de Horton
A equação de Horton baseia-se, de modo intuitivo, no fato de que, na natureza,
existem muitos processos de decaimento que obedecem à lei de que a taxa de variação de uma
determinada grandeza, que se aproxima de um valor final constante, é proporcional à
diferença entre seu valor num determinado tempo e o valor final constante (LIBARDI, 1995).
)(
f
iiC
dt
di
−=
(3.27)
onde
i
é a taxa de infiltração,
if
é a taxa de infiltração final e
C
uma constante de
proporcionalidade.
Integrando-se a equação 3.27 entre os limites
i
e
i
f
, tem-se
∫∫
=
−
ti
i
f
dtC
ii
di
i
0
(3.28)
ou
29
ln (i
−
i
f
)
−
ln ( i
i
−
i
f
) =
−
C t (3.29)
ou, ainda,
i = i
f
+ ( i
t
- i
f
) e
-ct
(3.30)
A equação 3.30 é a equação de Horton. A aplicabilidade dessa equação, tendo em vista
não se basear em nenhuma teoria física, é muito variada.
Horton concluiu que a redução na taxa de infiltração com o tempo é fortemente
controlada por fatores que operam na superfície do solo, tais como selamento superficial
devido ao impacto das gotas de chuva, além de fenômenos de expansão e concentração do
solo (PREVEDELLO, 1996). Ainda segundo Horton, a taxa de infiltração final aproxima-se
de um valor constante, mas que freqüentemente é menor que K
s
. Ele justificou que essas
diferenças podem ser atribuídas à presença de ar ocluso e à incompleta saturação do solo em
condições de campo.
Equações com base física
a) Equação de Green&Ampt
A equação proposta por Green & Ampt (1911), apesar de simples, utiliza equações
que podem ser resolvidas analiticamente; baseia-se em parâmetros físicos e apresenta
solução tanto para a infiltração vertical quanto para a horizontal.
O modelo baseia-se nas seguintes hipóteses:
30
i. solo na zona úmida, tem umidade (
θ
0
) constante.
ii. a pressão da água no solo na frente de molhamento é constante (independe da posição da
frente de molhamento) e vale pf/
ρ
g.
Pela primeira hipótese tem-se que, na zona de transmissão, as propriedades hidráulicas
são constantes, K
0
,D
0
, p
0
/
ρ
g. Em conseqüência, a densidade de fluxo é a mesma em toda a
zona de transmissão. Já pela segunda hipótese, tem-se que a mudança de
θ
i
para
θ
0
, na frente
de molhamento, ocorre em uma camada de espessura desprezível.
Essas hipóteses são muito próximas da realidade para solos de textura grossa com
baixa umidade inicial. Porém, conforme CHILDS (1969), os demais tipos de solo dificilmente
apresentam a característica de exibir um plano de separação bem definido entre o material
saturado na frente de molhamento e o material não afetado adiante desta frente. Apesar disso,
Green e Ampt conseguiram demonstrar a aplicabilidade de sua equação para o caso da
determinação da infiltração em uma coluna de solo alterado.
Como K é somente função de
θ
, e sendo
θ
constante, K também será. De acordo com a
equação da continuidade, se
θ
é constante com o tempo, então
∂θ
/
∂
x é nulo, isto é,
independente de x.
Segundo PREVEDELLO (1996), pf/
ρ
g decresce uniformemente de p
0
/
ρ
g na superfície
do solo, até pf /
ρ
g na frente de molhamento. Esse mesmo autor afirma, na mesma obra, que as
propriedades hidráulicas (K
0
, D
0
, p
0
/
ρ
g), são constantes em toda a zona úmida, zona de
transmissão. SILVEIRA et al (1993) afirmam que, da superfície até a frente de molhamento, o
potencial matricial passa de zero para um valor
φ
f
. Entretanto, se
θ
é constante e igual a
θ
0
em
toda a zona de transmissão, então
φ
é constante também em toda essa zona. Pelo exposto,
31
conclui-se que
φ
permanece constante e igual a 0 em toda a zona de transmissão e muda
abruptamente para
φ
f
na frente de molhamento.
Segundo LIBARDI (1995) o perfil de umidade apresenta uma curva em forma de
degrau, situação impossível na prática. No entanto, segundo o autor, essas suposições
simplificam a equação de fluxo, tornando possível uma solução analítica.
A equação de Green&Ampt pode ser entendida aplicando-se a equação de Darcy a
uma coluna saturada de solo de comprimento
L
:
L
L
Ki
f
+
φ
=
0
(3.31)
onde
i
é a infiltração acumulada, a qual será o volume infiltrado no tempo considerado,
φ
f
o
potencial matricial de água no solo e
K
0
a condutividade hidráulica saturada.
O volume infiltrado poderá ser conhecido pela diferença de umidade no solo antes e
depois da infiltração, na profundidade da frente de molhamento.
Vf =
(
θ
s -
θ
i
) (3.32)
onde
θ
s
é umidade de saturação,
θ
i
a umidade inicial do solo antes da infiltração e
∆θ
é a
diferença constante de umidade do solo antes e depois da passagem da frente de molhamento.
Considerando
S
f
=
(
θ
s
-
θ
i
)
φ
f
um fator se sucção-armazenamento, a equação 3.31 pode
ser escrita como
V
VS
Ki
ff
+
=
' (3.33)
32
isolando-se V
f
nessa equação tem-se
1
'
−
=
K
i
S
V
f
f
(3.34)
no momento da saturação superficial
1
'
−
=
K
r
S
V
f
p
(3.35)
e o tempo de encharcamento é definido por
t
S
r
K
r
p
f
=
−
2
(3.36)
sendo r a intensidade de precipitação que significa toda a infiltrada nesse período.
Como i = dV
f
/dt, pode obter-se por integração uma equação implícita de V
f
dada por
'
)1ln(
K
S
V
SV
t
t
f
ff
+−
=
(3.37)
Dado V
f
ser implícito, a equação terá de ser resolvida por tentativas. Atualmente
dispõe-se de processos computacionais que nos facilitam a solução desse tipo de problema.
33
Percebe-se que, pela equação de Green&Ampt, a taxa de infiltração é função do
volume já infiltrado e do teor de umidade inicial do solo. Também fica claro que essa taxa,
inicialmente mais elevada, tende a um valor constante, igual à condutividade hidráulica
saturada.
b) Equação de Philip
Outra equação que procura simular o processo de infiltração é a de Philip. Esta
equação foi derivada com base na equação de Richards. A equação propõe, para a condição de
contorno de saturação permanente, uma série do tipo
z(
θ
,t) = a(
θ
) t
1/2
+ b(
θ
) t + c(
θ
) t
3/2
+ ... (3.38)
tendo a taxa de infiltração a seguinte expressão
i = C t
-1/2
+ A t+ D t
1/2
F t
3/2
+ ... (3.39)
Essa série apresenta altas taxas de infiltração inicial, o que é perfeitamente coerente,
mas apresenta resultados totalmente incoerentes para tempos maiores, prevendo resultados
ainda elevados o que se sabe não ocorrer.
A solução encontrada é truncar a série após o termo A .O volume infiltrado será dado
por
tAt
S
V
f
+=
2/1
2
(3.40)
34
sendo S = 2C a sortividade do solo, a qual, introduzida na equação. 2.18, resulta na
2/1
2
1
−
=
tSi (3.41)
A grande vantagem da equação proposta por Philip é o fato de ela ser baseada na
teoria de suas constantes possuírem um significado físico (LIBARDI, 1995).
Philip considerou a infiltração horizontal e vertical, e concluiu que, para valores
pequenos de tempo, a solução para a infiltração horizontal e vertical é a mesma; e para valores
maiores de tempo, a predominância da componente gravitacional sobre o matricial no
potencial de água no solo, faz com que a infiltração vertical seja superior à horizontal.
SILVEIRA et al (1993), afirmam que a variável A da equação 3.40 é equivalente à K'
da equação de Green&Ampt, que os autores consideram como a taxa residual de infiltração.
LIBARDI (1995), entretanto, afirma que essa variável, para grandes períodos de tempo, tende
a um valor constante, mas que não se trata da condutividade hidráulica saturada K
0,
na
superfície. Esse autor concluiu que a referida equação, assim como a 3.40, não são aplicáveis
para períodos de tempo muito grandes, sendo então consideradas válidas apenas para os
estágios iniciais da infiltração.
Segundo LIBARDI (1995), a constante S é a sortividade do solo, ou seja a capacidade
de um solo homogêneo absorver água, em relação a sua umidade inicial.
Mediante uma avaliação das equações analisadas, pode-se concluir que as equações de
Green-Ampt e de Philip, em função de considerarem parâmetros físicos no seu
desenvolvimento, apresentam boa credibilidade na simulação da infiltração. Outro aspecto
positivo da equação de Philip é o fato de simular tanto a infiltração vertical quanto a
35
horizontal. Entretanto, quando se trata de um ajuste de dados de campo, as equações de
Kostiakov e de Horton apresentam maior facilidade de ajuste de parâmetros, sendo utilizadas
de modo eficiente.
Neste trabalho está sendo proposto o ajuste de dados observados em campo no
estabelecimento da equação de infiltração; desse modo justifica-se a adoção de uma dessas
equações. Tendo em vista que a equação de Kostiakov tem sido a mais utilizada na maioria
dos trabalhos pesquisados, tendo contra si principalmente o fato de não ser válida para a fase
final do processo de infiltração, a sua utilização até o momento em que os valores observados
passam a ser praticamente constantes, parece simular o fenômeno de modo eficiente.
3.5. Métodos de determinação da umidade do solo
Para poder monitorar as variações do conteúdo de água do solo ao longo da irrigação,
a umidade do solo tem que ser determinada em tempo real. Além dessa exigência, é
necessário que a umidade seja determinada com a precisão necessária.
Existem vários métodos que permitem conhecer a variação do conteúdo de água no
solo. Alguns destes são descritos a seguir:
3.5.1. Reflectometria no domínio do tempo
Um meio de avaliar o avanço da frente de infiltração da água no solo, no processo de
irrigação por sulcos, é realizar o acompanhamento das variações do conteúdo de umidade no
solo em tempo real. Segundo TOMMASELLI (2001), a Reflectometria no Domínio do
Tempo, Time Domain Reflectometry, TDR, é uma técnica que possui habilidade para
36
monitorar de forma contínua e simultânea, o conteúdo de água do solo. De acordo com
SOUZA et al. (2001), essa técnica mede o conteúdo de umidade do solo de forma indireta,
por meio da determinação da velocidade de propagação de um impulso eletromagnético ao
longo de hastes metálicas, guias de onda, introduzidas no material a ter sua umidade
determinada, neste caso o solo. O sinal propaga-se como uma onda plana no solo, guiada por
um par de hastes metálicas, e é refletido do final da linha de transmissão, retornando ao TDR.
A velocidade de trânsito desse impulso depende da constante dielétrica do meio. Tendo em
vista que a constante dielétrica da partícula de solo apresenta valor que varia de 3 a 5, a do ar
de 1 e a da água de 80 (TOMMASELLI, 2001), em função da constante dielétrica da mistura,
estabelece-se o conteúdo de água nessa mistura.
De acordo com (HERRMANN, 2001), sob o ponto de vista eletromagnético, o solo é
considerado uma mistura de quatro composições dielétricas, consistindo de ar, do volume do
solo, da água ligada e da água livre. Ainda segundo o mesmo autor, quando a água é
adicionada ao solo, torna-se fortemente ligada às partículas deste. Nesse estado, as moléculas
de água não são livres. Com o aumento da camada de água ao redor da partícula de solo, em
razão do aumento de umidade, as ligações das moléculas de águas com a partícula decaem
devido à ausência de contato de superfície, tornando-se livres. Uma molécula de água ligada
ao solo interage com uma onda eletromagnética, diferente da molécula de água livre, exibindo
desse modo, um espectro de dispersão dielétrica que é muito diferente da água livre. As
funções dielétricas na forma complexa de água livre e ligada são funções da freqüência
eletromagnética f, da temperatura física T e da salinidade s. Conforme apresentado por
H
ALLIKAINEN
et al. (1985), apud HERRMANN, (2001), a constante dielétrica do solo
misturado é, em geral, uma função de: (a) f, T e s, (b) conteúdo de água volumétrica total
θ
V,
(c) fração relativa de água livre e água ligada, a qual está relacionada à área de superfície do
37
solo por unidade de volume, (d) densidade volumétrica do solo
ϕ
b
, (e) formato da partícula
do solo, (f) forma da absorção da água pelo solo.
Desse modo, observa-se que a utilização da técnica da reflectometria no domínio do
tempo, na determinação do conteúdo de água do solo, está também na dependência da parcela
de água livre e ligada no solo, ou seja, diferente para uma situação de saturação ou não
saturação do solo. A separação da fase água em água livre e ligada, traz a necessidade de um
modelo de quatro fases (OR & JONES, 2001). Segundo D
OBSON
et al. (1985), apud OR &
JONES (2001), modelos que consideram quatro fases não permitem a modelagem com
diferentes formas de partícula ou tornam essa muito complicada. A consideração da função
temperatura na permissividade da água livre e ligada, permite o uso de um sistema de três
fases o qual leva em conta o efeito da forma da partícula (OR & JONES 2001).
A constante dielétrica é definida pela equação. 3.42, conforme CRESTANA et al.
(1996), apud GOMIDE (2001).
Ka = ((c.t)/(2.L))
2
(3.42)
onde L é o comprimento da haste, t o tempo de trânsito e Ka a constante dielétrica do
material.
Em uma mesma amostra de solo, o valor de Ka correspondente à fase sólida é
constante, variando apenas o conteúdo do espaço poroso que pode ser ocupado por ar ou
solução do solo. Conhecendo-se o tempo de propagação do impulso eletromagnético, ao
longo da faixa de solo entre as hastes introduzidas no solo, determina-se o valor da constante
dielétrica, e assim, o percentual de ar e água do espaço poroso do solo.
38
3.5.2. Tensiômetro
Outro modo indireto de determinar a umidade do solo é mediante a determinação do
potencial matricial da água no solo. Quando todo o espaço poroso se encontra ocupado por
água, o potencial matricial é máximo e igual a zero. À medida que o solo perde umidade, a
força de adsorção exercida pelas partículas de solo sobre a água faz com que a água fique
retida no solo. Neste caso o potencial matricial diminui. Para cada tipo de solo existe uma
relação específica entre o conteúdo de água e a tensão com que esta se encontra retida no solo.
De posse da curva característica de cada solo e com o conhecimento do valor da tensão, pode-
se determinar o conteúdo de água do solo.
De acordo com LIBARDI (1995), esse equipamento consiste de uma cápsula porosa
na extremidade de um tubo o qual é conectado com um manômetro. O tubo é preenchido com
água em toda sua extensão, e a cápsula é inserida no solo na profundidade desejada. O
conteúdo de umidade do solo entra em equilíbrio com o da cápsula. À medida que o solo e a
cápsula vão secando, a água, ao sair do conjunto, estabelece uma pressão negativa na
extremidade superior do tubo, a qual é medida pelo manômetro, indicando então, nesse
momento, o valor do potencial matricial do solo.
Segundo CHILDS (1969), é comum que surjam bolhas de ar na cápsula com o tempo.
Quando isso ocorre, torna-se necessário retira-las com aplicação de água ao tubo, até o seu
completo enchimento novamente.
O limite de utilização do tensiômetro, segundo LIBARDI (1995), está na ordem de
8,5m (
39
3.5.3. Sonda de nêutrons
A sonda de nêutrons consiste basicamente de dois componentes, um tubo de acesso
enterrado no solo e a sonda propriamente dita, que é uma fonte de emissão de nêutrons.
CHILD (1969) descreve o princípio da determinação do conteúdo de água do solo com
esse equipamento do seguinte modo: o nêutron tem aproximadamente a mesma massa do
átomo de hidrogênio, mas é mais leve que a maioria de outros elementos do solo. Quando um
nêutron colide com uma partícula de hidrogênio, retorna com praticamente a mesma
velocidade; entretanto, quando colidir com átomos mais pesados, terá uma perda de
velocidade considerável. Determinando-se a velocidade de retorno dos nêutrons, pode-se
quantificar a quantidade de átomos de hidrogênio e, conseqüentemente, o conteúdo de água
do solo.
40
4. Metodologia
Para atender os objetivos do projeto, foi montado um experimento no qual foi
realizada a irrigação de um cultivo de sorgo pelo método de sulcos. As fases de irrigação
avanço, armazenamento, depleção e recessão, foram definidas por meio do registro do tempo
em que cada uma dessas fases se completava. O acompanhamento das frentes de infiltração da
água no solo foi realizado por meio do monitoramento com auxílio do TDR, mediante a
identificação das variações do conteúdo de água do solo, ao longo de todas as fases.
4.1. Instalação experimental
A área de ensaios fica localizada no Município de Santa Vitória do Palmar, no sul do
Rio Grande do Sul, na latitude 33
o
10’00” e longitude 53
o
10’00”, conforme mostra a figura
4.1. Trata-se de uma região de clima úmido, com precipitação média anual de 1.186 a
1.364mm, classificado pela classificação de Knopenn como cfalg’n, ou seja, subtropical (ou
quase temperado), úmido sem estiagem.
Foi aberta uma trincheira, descrito o perfil do solo, coletadas amostras e classificado o
solo. No capítulo de anexos, são apresentados a ficha de resultados da trincheira, a descrição
do perfil, a granulometria e porosidade do solo.
O solo é hidromórfico, classificado como gleissolo melânico Carbonáltico incéptico,
com a presença de uma camada de impedimento à infiltração à profundidade de 0,40m
aproximadamente, o que, associado à topografia plana, com declividade média de até 1%,
caracteriza um solo mal drenado.
41
A área foi escolhida por apresentar um solo hidromórfico com camada de
impedimento, assim como possuir uma declividade representativa da maioria dos solos de
várzea, onde ocorre a problemática relativa ao déficit hídrico para cultivos de verão
alternativos ao de arroz, utilizados como forma de controle do arroz vermelho e preto.
4.1.1. Preparação da área experimental
A área foi arada e discada no mês de setembro de 2000. Posteriormente, foi estaqueada
a espaçamento de 20m, e feito um levantamento altimétrico. Com base nesse levantamento,
foi realizado um projeto de sistematização da área, segundo BERNARDO (1995).
Foi feita a sistematização da área, estabelecendo-se, no sentido longitudinal aos sulcos
a serem construídos, uma declividade média de 0,08%.
Em novembro de 2000, foi implantada na área uma lavoura de sorgo granífero, híbrido
Pioneer. A lavoura foi instalada segundo as recomendações técnicas da Embrapa (PARFIT,
2000).
42
Figura 4.1 – Croqui de localização da área de instalação do ensaio
Quando as plantas de sorgo atingiram uma altura média de 0,40m, foram construídos
os sulcos para irrigação. O número de sulcos foi igual ao de linhas de cultura localizando-se
aqueles entre estas.
Os sulcos foram construídos com 200m de comprimento, segundo um espaçamento de
0,95m e largura superficial de 0,5m, na declividade de 0,08% já mencionada. Foi construído
um total de 15 sulcos.
4.2. Instrumentação
43
No monitoramento da variação do conteúdo de água do solo durante a irrigação, foi
adotada a técnica da TDR, utilizando-se para tal o equipamento baseado na técnica da
Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR), conforme descrito anteriormente. O
equipamento pode ser programado para realizar as medições no tempo e com a freqüência
desejada.
As guias de onda utilizadas apresentam três hastes de 20cm de comprimento cada
uma, possuem um cabo coaxial de dois metros de comprimento, que conduz os impulsos
eletromagnéticos da fonte geradora às hastes. Para medições em pontos mais afastados, foram
utilizados cabos de extensão de vinte metros de comprimento. Cada conjunto de quinze guias
foi conectado ao equipamento de medição por meio de uma placa multiplexadora que tem a
finalidade de identificar de forma individualizada cada guia de onda. A figura 4.2 apresenta o
desenho esquemático do TDR, placa multiplexadora e as guias de onda, e a figura 4.3, uma
fotografia do TDR no campo. A figura 4.4 apresenta um croqui da instalação do experimento.
Figura 4.2 – TDR , placa multiplexadora e guias de onda
44
Figura 4.3 - TDR e placa multiplexadora no campo.
4.3. Procedimentos experimentais
Os ensaios foram concebidos com três repetições. O equipamento de monitoramento
tinha capacidade de realizar medições em trechos de sulcos de apenas 42m de comprimento,
em virtude do comprimento dos cabos que estabeleciam a conexão das guias de onda com a
placa multiplexadora, conforme descrito anteriormente.
Tendo em vista que o comprimento total dos sulcos era de 200 metros, o conjunto de
medição, teve que ser instalado em três trechos separadamente, inicialmente no terço inicial,
depois no terço médio e finalmente no terço final dos sulcos. Para realizar os testes foi
necessário irrigar de forma individualizada e em oportunidades diferentes cada um dos
trechos. Esses conjuntos tinham de ser formados por cinco sulcos, dos quais três centrais
eram utilizados para realizar as determinações de umidade, constituindo-se cada um de uma
45
repetição, e dois laterais que serviam como tampão ao avanço lateral da frente de infiltração
de água no solo. O total foi de quinze sulcos nos três conjuntos.
As guias de onda foram instaladas na posição horizontal, assim distribuídas em cada
um dos conjuntos de sulcos; duas em cada um dos três sulcos de cada repetição, no início
destes, nas profundidades de 15cm e 35cm; uma em cada sulco, na profundidade de 15 cm e a
uma distância de 21 metros do início; e duas em cada um, nas profundidades de 15 e 35 cm a
42 metros de distância do início. No conjunto seguinte, que tinha a finalidade de monitorar a
variação de umidade no terço médio, as guias foram instaladas de modo semelhante, porém
nas distâncias de 79, 100 e 121 metros do início. No último conjunto, as guias foram
instaladas, sempre segundo o mesmo esquema de distribuição, nas distâncias de 154, 175 e
200 metros. A figura 4.4 esquematiza a instalação experimental no campo. A figura 4.5
mostra uma vista parcial do cultivo de sorgo e a figura 4.6, um detalhe dos sulcos irrigados.
Figura 4.4 – Croqui de instalação das guias de onda
46
4.3.1. Determinação da vazão máxima
Para controle da adição de água ao sulco, foi utilizado um vertedor triangular de
parede delgada, com ângulo de 45
o
. A vazão máxima aplicada foi a maior possível de ser
transportada pelo sulco, sem causar transbordamento. Após a aplicação da água ao sulco até a
frente alcançar o seu final, foi feita uma avaliação da ocorrência ou não de erosão. Sendo
observado algum indício de erosão significativa, a vazão era reduzida a um valor
correspondente a uma diminuição de 0,5cm da lâmina de água sobre a crista do vertedor. A
figura 4.7 mostra os vertedores instalados no início dos sulcos.
A equação adotada para o cálculo da vazão foi a sugerida por LENCASTRE (1972),
apresentada a seguir:
Q=0,55 y
2,47
(4.1)
Figura 4.5 - Vista parcial do cultivo de sorgo
47
Figura 4.6 - Sulcos irrigados
Figura 4.7 - Vertedores no início dos sulcos
48
4.3.2. Infiltração
A taxa de infiltração foi medida no próprio sulco, conforme sugerida por
BERNARDO (1995). A vazão aduzida foi a maior que não causava erosão no sulco quando
da realização do teste de vazão máxima, tendo sido controlada, utilizando-se o vertedor
mencionado. A água foi aplicada em três sulcos contíguos, e as medições realizadas no sulco
central, servindo os outros dois para tamponamento. A vazão de saída do trecho foi medida
com uma calha WSC ou Chamberlain, conforme pode ser visto na figura 4.8, cuja curva de
vazões é apresentada na figura 4.9, localizada no final do sulco, ou seja 200m do início.
49
Figura 4.8 - Calha WSC ou Chamberlain
Figura 4.9 – Curva de vazões da calha WSC.
Curva de vazão da calha WSC
Q
= 0,0054
y
2,5494
R
2
= 0,9991
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
012345678910
Carga
hidráulica
(cm)
Vazão
(l/s)
50
O valor da infiltração é dado pela equação 4.2:
EL
QQ
i
sm
.
)(
−
=
(4.2)
onde i é a infiltração, Q
m
a vazão máxima, Q
s
a vazão de saída, L o comprimento do trecho e
E o espaçamento entre os sulcos.
4.3.3. Avanço da corrente de água no sulco
Na mesma oportunidade em que foi aplicada água ao sulco para determinação da
infiltração, foi feito o acompanhamento da velocidade de avanço dessa frente, quando
aplicada a vazão máxima não-erosiva, por meio do registro do tempo em que a frente
alcançava as estacas previamente colocadas, espaçadas de 20 em 20 metros.
4.3.4. Determinação da seção de escoamento do sulco
As características geométricas e a seção média de escoamento dos sulcos foram
determinadas em campo durante a realização do teste de infiltração, e são as seguintes:
Base = 13cm
Largura superior da lâmina do espelho de água = 50cm
Altura da lâmina de água = 13cm
51
4.3.5. Determinação da umidade do solo
O conteúdo de água do solo no momento da realização do teste foi determinado de
dois modos: com a utilização da técnica da TDR e por meios de tensiômetros. O objetivo da
determinação mediante as técnicas do TDR e de tensiômetros, foi o da duplicação de
medições, objetivando reduzir a probabilidade de falhas e obter melhor confiabilidade dos
dados. Para isso, fez-se uma comparação entre os resultados obtidos com o TDR, de cuja
utilização no solo dessa unidade de mapeamento não se tem conhecimento, com a do
tensiômetro, já largamente utilizada. A seguir, é feita uma exposição da metodologia utilizada
em cada caso.
No centro de sulco central do segundo conjunto, isto é, na área central de ensaios,
foram instalados dois tensiômetros com manômetro de mercúrio, com as cápsulas porosas
posicionadas nas mesmas profundidades das guias de onda do TDR, com o objetivo de
estimar o conteúdo de umidade do solo, e assim identificar a oportunidade de irrigação.
De acordo com CAUDURO & DORFMAN (1986), a determinação da variação do
conteúdo de água no solo em função de diferentes valores de tensão de umidade e a
conseqüente curva de retenção/umidade, é realizada do seguinte modo:
Coletam-se amostras indeformadas de solo com anéis volumétricos. Essas amostras
são colocadas, para saturar, por 24 horas. Posteriormente, são submetidas às pressões
correspondentes às tensões de –0,01MPa, -0,03MPa, -0,1Mpa e -0,3MPa, em um
equipamento denominado "panela de pressão", onde permanecem por 48 horas. Após, as
amostras são retiradas e o conteúdo de água verificado através do método gravimétrico.
52
As curvas de tensão /umidade do solo foram determinadas no laboratório de solos do
Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
IPH/UFRGS. Os valores obtidos são apresentados na tabela 4.1.
A outra forma de determinação da umidade foi mediante leitura com o TDR, nos
pontos onde estavam localizadas as guias de onda. As leituras de cada ponto foram realizadas
e registradas com o auxílio de uma placa multiplexadora, com um intervalo entre as leituras
de 16 segundos, em média.
4.3.6. Determinação da água disponível no solo
Para fins de irrigação, a água disponível no solo para abastecimento das culturas é a
denominada água facilmente disponível (AFD), que pode ser obtida pela equação 4.3.
P
UACC
AFD .
100
−
=
(4.3)
onde UA é o conteúdo de água do solo que não acarreta redução na evapotranspiração e P a
profundidade de solo a ser irrigado.
4.3.7. Determinação da lâmina e do volume de água a aplicar
a) Lâmina a aplicar
A lâmina a aplicar é a lâmina líquida necessária para elevar a umidade à capacidade de
campo. Esta determinação foi realizada de duas maneiras: utilizando-se as leituras de umidade
53
realizadas com o TDR, e mediante leitura no tensiômetro e correlação com a curva de
retenção:
P
UACC
Ll
100
−
=
(4.4)
onde CC é a capacidade de campo, UA a umidade do solo na oportunidade e P a
profundidade de irrigação. A capacidade de campo foi determinada a partir da curva de
retenção do solo para a tensão de –0,03 MPa.
b) Volume total de água necessário considerando-se os valores obtidos com o
TDR.
O volume total de água a aplicar ao sulco é dado pela equação (4.5).
Vn = Ll/1.000 . L . E (4.5)
onde LI é a lâmina de irrigação, L o comprimento do sulco e E o espaçamento entre sulcos.
4.3.8. Tempo de aplicação da lâmina de água
A determinação do tempo necessário para aplicar a lâmina de inundação foi feita por
meio da equação de infiltração de Kostiakow-Lewis. Para esta determinação, estimou-se uma
eficiência de aplicação de 75%.
I = k t
a
+ b t (4.6)
54
onde I é a lâmina infiltrada em mm, k o valor da infiltração no primeiro minuto de realização
do teste, b a taxa de infiltração estabilizada em mm por hora, t o tempo em minutos e a uma
constante em função do solo.
A água de irrigação foi derivada de um canal localizado na parte mais alta da parcela,
para cada um dos sulcos, através de vertedor triangular já mencionado. Na tabela 6 são
apresentados os valores do avanço da água no sulco, os quais foram determinados em campo,
registrando-se o tempo em que as frentes alcançavam as posições das estacas colocadas nos
sulcos, segundo espaçamento de vinte metros.
4.3.9. Monitoramento da variação do conteúdo de água do solo durante a irrigação
Antes da aplicação de água ao sulco, foi realizada com o TDR uma leitura do conteúdo
de umidade do solo. Simultaneamente à aplicação de água, foi ligado o equipamento e
registradas todas as variações no conteúdo de água do solo.
O equipamento permaneceu ligado por um período de tempo posterior ao término da
fase de recessão.
4.4. Modelo SRFR
Com o objetivo de verificar a aplicabilidade de modelos de simulação da irrigação por
sulcos, foi aplicado o modelo desenvolvido pelo U.S. Water Conservation Laboratory, do
U.S. Departament of Agriculture SRFR (1999).
O SRFR é um modelo matemático unidimensional para simular irrigação superficial
por faixas, inundação e sulcos. O modelo assume que todas as características de fluxo variam
somente com a distância do ponto de aplicação de água e com o tempo. Para o caso da
55
irrigação por sulcos, estes são tratados de forma isolada, sendo assumido que sulcos vizinhos
têm idêntico fluxo e nenhuma variação de sulco para sulco, dentro de uma mesma área, é
modelada separadamente. Propriedades das condições de campo, tais como infiltração,
rugosidade do sulco, declividade de fundo e seção transversal do sulco, podem ser
consideradas com variações espaciais.
O resultado de uma simulação de uma situação real de campo depende das
características hidráulicas do solo e da cultura, de parâmetros físicos como comprimento e
declividade, e do manejo de irrigação como vazões, duração de rega e lâmina de infiltração.
As simulações consistem de soluções numéricas das equações que representam
matematicamente princípios físicos universais, como a equação da quantidade de movimento
e da conservação de massa.
Dois modelos de simulação podem ser usados: os anteriormente mencionados, modelo
da onda cinemática e modelo zero inércia.
O modelo zero inércia é mais completo que o da onda cinemática, tendo em vista que
desconsidera apenas os termos de inércia e aceleração da equação da quantidade de
movimento, enquanto que o da onda cinemática desconsidera toda a equação da quantidade de
movimento. Bassel et al (1980), apud Walker & Skorgerboe (1987), dizem que o modelo da
onda cinemática apresenta duas grandes limitações: a primeira relacionada à declividade do
sulco que não pode ser pequena, situação esta verificada neste trabalho; a segunda diz que
esse modelo não pode ser aplicado à situações em que as condições de jusante afetem as de
montante. Tendo em vista essas considerações, o modelo adotado foi o zero inércia.
Na simulação da infiltração, o modelo utiliza, de forma alternativa, cinco
procedimentos mencionados a seguir:
•
Equação de Kostiakow-Lewis
56
•
Equação simplificada de Kostiakow-Lewis
•
Tempo de infiltração conhecido
•
Família de valores de infiltração do Soil Conservation Service (SCS)
•
Tempo de infiltração estimado
Em todos os casos, a lâmina infiltrada é o produto da taxa de infiltração na
oportunidade de tempo pelo perímetro molhado. O perímetro molhado, com exceção do
método do SCS, é sempre considerado igual ao espaçamento entre sulcos. No caso do SCS, o
programa utiliza um valor do banco de dados, específico de cada família de valores. De
acordo com STRELKOFF (2004), comparações preliminares, realizadas em 2003, entre o
SRFR e a solução da Equação de Richards em solo homogêneo e isotrópico, indicaram que o
perímetro molhado da base de dados do método do SCS superestima os efeitos do mesmo.
Dentre esses, o mais completo é o de Kostiakow-Lewis, tratando-se os demais de
simplificações com o objetivo de facilitar a aplicação do modelo. A equação simplificada de
Kostiakow-Lewis, por exemplo, considera que o valor inicial da taxa de infiltração é dado
pela equação d = c + kt
a
e, quando esta atinge a taxa final b, a infiltração continua
indefinidamente a uma taxa constante igual a b. O procedimento que necessita do
conhecimento do tempo necessário para incorporar uma determinada lâmina estabelece um
valor para essa lâmina de 100mm, tendo em vista que neste trabalho não se tinha valores tão
altos para a lâmina de infiltração, esse procedimento não foi considerado. A família de taxas
de infiltração do SCS apresenta a taxa inicial de infiltração utilizando a mesma equação
apresentada anteriormente, e cada família é identificada pela taxa final de infiltração e reúne
todos os solos com taxas compreendidas entre limites próximos de taxas de infiltração, em um
mesmo grupo, com um mesmo valor para a velocidade básica de infiltração. De acordo com
57
os autores do modelo, não são muitos os solos que ajustam satisfatoriamente esses valores.
Tendo em vista dispor-se de todas as informações necessárias para a utilização da
equação de Kostiakow-Lewis, essa foi a escolhida neste caso.
58
5. Resultados e discussão
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados das determinações realizadas no
trabalho.
5.1. Avaliação das curvas do TDR
Foi feita uma avaliação da curva do equipamento, fornecida pelo fabricante, indicada
para o tipo de guias de onda utilizadas no experimento, (SOILMOISTURE EQUIPAMENT
CORP. 1996). Esta relaciona a constante dielétrica medida pelo aparelho com o teor de
umidade do solo. Esta avaliação foi realizada do seguinte modo: foram feitas medições em
campo, nas profundidades de 15cm e 35cm, respectivamente para a primeira e segunda
camada, de diferentes condições de umidade do solo. De cada um dos pontos medidos, foram
coletadas amostras de solo, com três repetições. O conteúdo de água dessas amostras foi
determinado pelo método volumétrico em laboratório.
A tabela 5.1 e a figura 5.1 apresentam os resultados das determinações de umidade
realizadas pelo método volumétrico e os valores determinados pelo TDR, através da curva
correspondente.
59
Tabela 5.1 - Teores de umidade do solo, pelo método volumétrico de
amostragem e com o TDR.
Ka Umidade (%)
Gravimétrica TDR
20,7 32,6 34,8
21,6 34,8 35
22,2 34,2 35,8
22,8 37,0 36,7
23,2 36,7 37,2
25,2 39,1 38,9
Figura 5.1 - Constantes dielétricas/Umidade volumétrica.
Pela observação da figura 5.1, verifica-se que a curva relativa aos valores medidos
com o TDR aproxima-se bem das determinações gravimétricas, confirmando, desse modo, a
boa representatividade da curva fornecida pelo fabricante.
5.2. Determinações preliminares
θ
= -0,1129 (Ka)
2
+ 6,6264 Ka 56,167
R
2
= 0,9228
θ
= 0,0148 (Ka)
2
+ 0,3018 Ka + 21,977
R
2
= 0,9715
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
20 21 22 23 24 25 26
Constante (Ka)
Umidade %
Umidade % Estufa Umidade % TDR Polinômio (Umidade % Estufa) Polinômio (Umidade % TDR)
60
Para que fossem realizados os testes de campo necessários para atingir os objetivos do
trabalho, foram determinados preliminarmente os parâmetros de irrigação a seguir.
5.2.1. Vazão máxima
O valor utilizado, o qual foi o máximo que não causou transbordamento, foi 3,2 l.s
-1
,
correspondente a uma altura de lâmina sobre a crista, lida a montante, fora da depleção da
superfície causada pelo remanso de abaixamento, de 12,5cm. Essa vazão foi considerada não-
erosiva, segundo avaliação visual da erosão observada no sulco após cessada a aplicação de
água, apesar de que, em alguns pontos, logo no início do sulco, tenha causado certa erosão,
não sendo entretanto considerada significativa, devido ao fato de localizar-se somente no
trecho inicial. A figura 5.2 mostra um trecho do sulco com sinais de assoreamento de material
erodido a montante.
A avaliação visual da erosão não é um método de precisão; entretanto, segundo
BERNARDO (1995), é a prática normalmente utilizada. Considerando que o volume de
material erodido durante toda uma estação de irrigação pode atingir valores bastante elevados,
é recomendável a adoção de uma vazão que confirmadamente não cause erosão.
Figura 5.2 - Trecho de sulco com assoreamento de material
5.2.2. Infiltração
A equação de infiltração, determinada segundo Kostiakov-Lewis e obtida pelo método
de entrada e saída no sulco, foi a seguinte:
61
I = 42,9 t
0,6057
+ 13 t (5.1)
A tabela 5.2 apresenta os resultados do teste de infiltração a partir dos quais foi
derivada a equação de Kostiakow-Lewis, e a figura 5.3, a curva relativa às taxas de
infiltração.
62
Tabela 5.2 – Teste de infiltração
Tempo
(min)
Carga
hidráulica
(cm)
Vazão saída
(l . s
-1
)
Taxa de
infiltração
(mm . h
-1
)
1
6,7 0,689269 42,9335
1,5
7,4 0,888 39,5352
2
8 1,083257 36,19631
2,5
8,4 1,226737 33,7428
3
8,7 1,341542 31,77964
3,5
8,9 1,421571 30,41113
4
9 1,462647 29,70873
4,5
9,2 1,546943 28,26727
5
9,4 1,634127 26,77642
5,5
9,4 1,634127 26,77642
6
9,5 1,678813 26,0123
6,5
9,7 1,770393 24,44628
7
9,8 1,817295 23,64425
7,5
9,8 1,817295 23,64425
8
10,2 2,012422 20,30759
8,5
10,3 2,063103 19,44093
9
10,3 2,063103 19,44093
9,5
10,3 2,063103 19,44093
10
10,3 2,063103 19,44093
10,5
10,3 2,063103 19,44093
11
10,3 2,063103 19,44093
17
11 2,439609 13,00268
63
Figura 5.3 – Taxa de infiltração
O ajuste da curva da figura 5.3 foi considerado bom em razão do alto R
2
.
LIMA (2001) determinou a taxa de infiltração no planossolo da unidade de
mapeamento Pelotas, também localizada nas várzeas da Lagoa Mirim e com características
físicas muito semelhantes às do solo deste trabalho, tendo encontrado um valor de
14,65mm.h
-1
para infiltração na tensão zero. Apesar da semelhança entre os dois solos, a
unidade de mapeamento Pelotas localiza-se em um patamar mais elevado do que o Formiga.
Essa posição confere a este maiores teores de areia que ao primeiro. Essa diferença textural
parece ser a responsável por valores de taxa de infiltração mais elevados. BELTRAME &
LOUZADA (1996) apresentam valores de condutividade hidráulica saturada de 0,199m.dia
-1
e 0,079m.dia
-1
, respectivamente para os solos da unidade Pelotas e Formiga. Verifica-se que o
Taxa de inifiltração
i
= 48,464
t
-0,3943
R
2
= 0,9418
0
10
20
30
40
50
60
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Tempo (min)
Taxa de infilração (mm.h
-1
)
64
valor encontrado neste trabalho, 13mm.h
-1
, é bastante próximo dos encontrados pelos
pesquisadores acima mencionados.
5.2.3. Determinação da umidade do solo
Como foi comentado no capítulo 4, a determinação da umidade do solo foi realizada
utilizando-se tensiômetros e TDR.
a) Tensiômetro
No momento da realização do teste, a leitura no tensiômetro correspondente à
profundidade 15 cm, era de –0,319 MPa, enquanto que aquele da profundidade 35 cm era de
-0,0767 MPa. Na tabela 5.10 e na figura 5.4, são apresentados, respectivamente, os valores da
relação tensão/umidade e a correspondente curva de retenção de água no solo, determinados
no laboratório de solos do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, IPH/UFRGS. Por meio da curva de retenção, foi determinado o conteúdo de
umidade do solo, o qual é apresentado na tabela 5.11.
Tabela 5.10 – Curva de retenção
–
Tensão (MPa)/ Umidade
θ
(%)
Tensão
Posição
0,0 - 0,01 - 0,05 - 0,1 - 0,2 - 0,3
Superior 44,57 42,39 37,36 34,19 29,58 27,67
Inferior 35,71 35,06 33,55 32,28 30,86 29,84
65
Figura 5.4 - Curva de retenção
θ = 60,859φ
2
+ 36,669φ + 35,471
R
2
= 0,9915
θ
= 214,88
φ
2
+ 117,11
φ
+ 43,735
R
2
= 0,9897
25
30
35
40
45
-0,4-0,3-0,2-0,10
Tensão (MPa)
Umidade volumétrica (%)
Superior Inferior Polinômio (Inferior) Polinômio (Superior)
66
Tabela 5.11 - Conteúdo de umidade determinado através da curva de retenção
Camada Superior Camada Inferior
Tensão
φ
(MPa) Umidade
θ
(%) Tensão
φ
(Mpa) Umidade
θ
(%)
- 0,0767 36,0 - 0,319 24,4
b) TDR
Os valores médios encontrados para todas as guias são os seguintes:
Camada superior
Ka (médio) = 11,51
θ
=22,33%
Camada inferior
Ka = 18,15
θ = 30,87%
Os valores de umidade determinados com o TDR foram 38% menores,
respectivamente, para a camada superior. Já com relação à camada inferior, essa diferença foi
de 26,5% para mais.
Os valores de umidade determinados com o TDR foram obtidos pela média de 27
determinações, em igual número de pontos. Já a determinação com o tensiômetro foi feita em
um único ponto. Em razão da significativa diferença em termos de representatividade,
trabalhou-se apenas com os valores determinados com o TDR.
67
5.2.4. Água disponível no solo
O teor de umidade na capacidade de campo, correspondente a –0,03 MPa, foi de
40,4%, em percentagem de água em relação ao volume de solo, para a camada superior, e
de34,4% para a inferior. De acordo com DOOREMBOS & PRUITT (1975), o valor médio da
tensão de umidade do solo que não acarreta redução no valor da evapotranspiração do
sorgo é de -0,095MPa. Pela curva de retenção da figura 5.4, o conteúdo de água no solo nessa
tensão é de 34,5% para a camada superior e de 32,5% para a inferior, em relação ao volume
de solo. De acordo com a equação 4.3, a água facilmente disponível é a seguinte:
Camada superior
200
100
5,344,40
−
=
AFD = 11,8mm (5.2)
Camada inferior
200
100
5,324,34
−
=
AFD = 3,8mm (5.3)
Analisando-se esses resultados, percebe-se que se trata de um solo com uma
disponibilidade de água facilmente disponível muito baixa. Considerando-se o valor da
evapotranspiração potencial para o sorgo, determinado por MOTA (1976) para a região de
Pelotas, RS, em solos com capacidade de armazenamento de água facilmente disponível de
15mm, que no mês de janeiro é de 3,8mm por dia, ter-se-ia um intervalo de irrigação de
aproximadamente 4 dias para o período mais crítico.
68
5.2.5. Lâmina de água a aplicar
Para os teores de umidade do solo no momento da aplicação, as lâminas de água a serem
aplicadas foram, na camada superior 36,14mm e na inferior 7,06mm, o que totalizou uma
lâmina de 43,2mm.
A lâmina necessária para repor o conteúdo de água do solo foi significativamente
maior na camada superior do que na inferior. Isso deu-se basicamente em razão do maior
esgotamento de água da primeira camada. Nessa, a tensão de umidade superou os valores
constantes da curva de retenção de água no solo, desenvolvida com o auxílio dos resultados
obtidos na mesa de tensão do laboratório do IPH. Já na camada inferior, a tensão de umidade
foi de aproximadamente –0,2 Mpa. Provavelmente, esse esgotamento resultou da maior
concentração de raízes na primeira camada do solo.
5.2.6. Volume necessário a aplicar aos sulcos
O volume de água necessário a aplicar em cada sulco, para um comprimento de 200m
e espaçamento de 0,95m, considerando-se a lâmina de irrigação de 43,2mm, determinada com
o TDR, é de 8,21m
3
. Este volume foi determinado por meio da expressão 4.3. Esse valor foi
obtido conforme o item 4.3.6. Trata-se de um valor relativamente baixo, o qual é motivado
pela pequena capacidade de armazenamento do solo.
5.2.7. Tempo para incorporar a lâmina de água
69
O tempo para incorporar a lâmina de água ao solo está diretamente relacionado à taxa
de infiltração de água no solo.
Para esta determinação, estimou-se uma eficiência de aplicação de 75%, resultando
uma lâmina bruta de irrigação de 57,6mm para os resultados obtidos a partir das leituras do
TDR.
Pela equação de infiltração de Kostiakov-Lewis, equação 5.1, foi determinado o tempo
necessário para aplicar a lâmina acima. O valor encontrado foi de 62,6 minutos. Esse valor
confere uma razoável operacionalidade à irrigação, permitindo que em uma jornada diária de
12 horas possam ser irrigados mais de dez conjuntos de sulcos. Considerando um
comprimento de 200m, espaçamento de 0,95cm e vinte sulcos por conjunto, admitindo-se
uma vazão derivada ao conjunto de 64 l.s
-1
, resulta em uma área irrigada por dia em torno de
quatro hectares. Para um intervalo de rega de quatro dias, conforme mencionado no item
5.2.4, o módulo de irrigação correspondente será de 20 hectares, o que é perfeitamente viável.
5.2.8. Avanço da corrente de água no sulco
Durante a aplicação de água ao sulco, quando da realização do teste de infiltração,
foram registrados os tempos em que a frente de avanço superficial atingia as estacas
colocadas no sulco em intervalos de vinte metros. Com esses registros, foi construída a curva
de avanço da água no sulco.
A tabela 5.3 apresenta os valores encontrados para o avanço da corrente de água no
sulco e a figura 5.5, a curva de avanço.
70
Tabela 5.3 – Curva de avanço de água no sulco
Tempo decorrido (s) Distância (m)
0 0
185 20
390 40
646 60
900 80
1184 100
1460 120
1725 140
2008 160
2400 180
2710 200
Figura 5.5 – Avanço da corrente de água no sulco
Quando da realização do ensaio para monitorar as variações do conteúdo de água no
solo, conforme item 4.3.8, foram novamente registrados os tempos em que, agora com três
Curva
de avanço
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200 250
Distância
(m)
Tempo (seg)
t
= 5,3825
L
1,1703
R
2
= 0,9984
71
repetições, as frentes de avanço atingiam as respectivas estacas. A tabela 5.4 apresenta esses
tempos e as figuras 5.7, 5.9 e 5.11, as respectivas curvas.
Tabela 5.4 – Tempo registrado em cada estaca e em cada sulco, da frente de avanço
Sulcos do 1
o
conjunto Sulcos do 2
o
conjunto Sulcos do 3
o
conjunto
Dist.
Ac.(m)
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
cortou
secou início
9:44:55
9:46:30
9:48:45
9:51:50
9:55:30
9:59:20
10:03:05
10:06:50
10:10:33
10:15:15
10:19:50
10:50:00
11:09
9:45:02
9:46:25
9:49:30
9:53:20
9:58:05
10:03:30
10:08:50
10:14:00
10:19:39
10:25:10
10:30:10
10:51:00
11:15:
9:44:30
9:47:00
9:48:55
9:51:35
9:55:05
9:58:20
10:02:06
10:05:28
10:09:00
10:13:30
10:18:10
10:52:00
11:10
15:34:05
15:36:05
15:38:30
15:41:25
15:44:58
15:49:00
15:53:50
15:56:10
16:00:35
16:05:35
16:10:25
16:34:00
17:05
15:34:15
15:36:15
15:38:50
15:42:10
15:46:20
15:51:37
15:56:25
16:01:20
16:07:00
16:12:15
16:17:00
16:35:00
17:03
15:34:30
15:37:05
15:40:05
15:43:30
15:47:15
15:51:37
15:55:50
15:59:40
16:04:25
16:09:30
16:14:56
16:36:00
17:00
19:14:40
19:16:10
19:18:25
19:21:34
19:24:40
19:28:58
19:33:13
19:37:32
19:41:55
19:47:15
19:52:00
20:15:00
20:45
19:14:30
19:16:20
19:18:50
19:22:00
19:26:05
19:31:00
19:35:57
19:40:45
19:45:40
19:51:30
19:56:45
20:16:00
20:50
19:14:30
19:16:37
19:18:45
19:21:15
19:24:25
19:28:35
19:32:30
19:36:20
19:41:00
19:46:00
19:49:55
20:17:00
20:40
5.2.8.1. Duração das fases de avanço e armazenamento
O fato de terem sido necessários três conjuntos de sulcos para cada repetição fez com
que houvesse nove repetições para a determinação do avanço da corrente.
A seguir são apresentados e avaliados os tempos de duração das fases de avanço e
armazenamento para os três conjuntos, com três repetições cada.
5.5.1. Fase de avanço
As tabelas 5.5 e 5.6 apresentam a duração das fases de avanço de cada repetição em
cada conjunto, assim como os valores médios de cada repetição.
72
Tabela 5.5 – Duração da fase de avanço
Sulcos do 1
o
conjunto Sulcos do 2
o
conjunto Sulcos do 3
o
conjunto
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
00:34:55 0037:08 00:33:40 00:36:20 00:43:45 00:40:26 00:37:20 00:43:15 00:35:25
Tabela 5.6 - Valores médios de duração da fase de avanço
Primeira repetição Segunda repetição Terceira repetição
00:36:12 00:43:23 00:36:30
A média das três repetições foi de 38 minutos e 42 segundos. Observa-se que houve
uma variação para menos, de seis minutos e meio aproximadamente, em relação à
determinação da duração da fase de avanço efetuada anteriormente. Essa diferença, em torno
de 14% do tempo total, não parece corresponder às variações dos valores de umidade do solo
nas duas oportunidades. O mais provável é que essa diferença seja resultado das
irregularidades das seções dos sulcos em que foram realizados os dois testes. Além de não
serem os mesmos sulcos, é necessário considerar que foram construídos com um sulcador
tracionado por trator, onde, buscando-se ser representativo das condições que se teria no
campo, não foi efetuado nenhum acabamento manual destes. As imperfeições das seções
podem ser responsáveis por essa variação na velocidade do fluxo, e, por conseqüência, do
tempo da fase de avanço de cada sulco.
Essa suposição é também reforçada pelo fato de que a maior variação na duração da
fase de avanço entre as três repetições do último teste foi de oito minutos, maior, portanto,
que a diferença analisada.
5.5.2. Fase de armazenamento
73
A fase de armazenamento inicia quando a água atinge o final do sulco e termina
quando tiver sido incorporado todo o volume necessário a aplicar ao solo, quando então é
suspenso o fornecimento de água ao sulco.
De acordo com o item 5.2.7, o tempo para a aplicação da lâmina necessária foi de
62,6minutos e conseqüentemente, da duração da fase de armazenamento, sendo a diferença
entre o tempo total e a fase de avanço, de 26,4, 19,4 e 26,1 minutos para primeira, segunda e
terceira repetição, respectivamente. Durante a realização dos testes, problemas de ordem
operacionais não permitiram que a duração efetiva da fase de armazenamento em cada
repetição, fosse seguida à risca, entretanto as suas variações foram devidamente consideradas
nas determinações que se seguiram. As tabelas 5.7 e 5.8 apresentam a duração das fases de
armazenamento de cada repetição em cada conjunto, assim como os valores médios de cada
repetição.
A seguir são apresentados os valores verificados a campo para a fase de
armazenamento em cada repetição.
Tabela 5.7 – Duração da fase de armazenamento
Sulcos do 1
o
conjunto Sulcos do 2
o
conjunto Sulcos do 3
o
conjunto
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
Primeira
repetição
Segunda
repetição
Terceira
repetição
00:30:10 00:20:50 00:33:50 00:23:35 00:18:00 00:21:04 00:23:00 00:19:15 00:27:05
Tabela 5.8 - Valores médios de duração da fase de armazenamento
Primeira repetição Segunda repetição Terceira repetição
00:28:16 00:20:53 00:23:06
A média das três repetições, neste caso, foi de 24 minutos e 5 segundos.
74
5.6. Tempo verificado de aplicação de água ao sulco (ta)
O tempo de aplicação da água ao sulco é definido pelo somatório dos tempos das fases
de avanço e armazenamento, conforme apresentado na tabela 5.9.
Tabela 5.9 – Tempo de aplicação de água ao sulco
Primeira repetição Segunda repetição Terceira repetição
01:04:28 01:04:16 00:59:36
O tempo médio das três repetições foi de uma hora, dois minutos e quarenta e sete
segundos.
5.7. Volume de água aplicado em cada sulco
Conforme o capítulo 4, o volume de água aplicado em cada sulco é o produto da vazão
máxima não-erosiva pelo tempo de aplicação desta. Esse tempo é o somatório das fases de
avanço e de armazenamento.
Primeira repetição
Va = (3,2 . 60 . 64,05)/1.000 = 12,3m
3
(5.8)
Segunda repetição
Va = (3,2 . 60 .64,03)/1.000 = 12,29m
3
(5.9)
75
Terceira repetição
Va = (3,2 . 60 .59,60)/1.000 = 11,44m
3
(5.10)
Média entre as três repetições
Va = 12,01 m
3
5.8. Estimativa inicial da eficiência de aplicação
A eficiência de aplicação é a relação entre a quantidade de água necessária a aplicar ao
solo para elevar o teor de umidade deste à capacidade de campo, pela quantidade de água
efetivamente aplicada.
Ea = Vn/Va (5.11)
onde Vn é o volume necessário e Va o volume de água aplicado ao sulco
Primeira repetição
Ea = 8,21 / 12,03 = 68,2% (5.12)
Segunda repetição
Ea = 8,21 / 12,29 = 66,8% (5.13)
76
Terceira repetição
Ea = 8,21 / 11,44 = 71,8% (5.14)
Média das três repetições
Ea = 68,9%
5.9. Monitoramento da variação do conteúdo de água do solo durante a irrigação
As tabelas 5.12, 5.14 e 5.16 mostram as variações dos conteúdos de água do solo
durante o processo de irrigação, respectivamente para a primeira, segunda e terceira repetição.
A última linha refere-se à leitura realizada no dia seguinte à realização do teste.
As tabelas 5.13, 5.15 e 5.17 apresentam o tempo em que a frente de umedecimento
atingiu as profundidades onde se encontravam as guias de onda, respectivamente para a
primeira, segunda e terceira repetição. A partir dessas tabelas, são construídas as curvas
referentes aos tempos em que as frentes de infiltração de água no solo e a frente de avanço
superficial do escoamento da água no sulco atingiram cada guia de onda (figuras 5.6, 5.8 e
5.10). A partir destas mesmas tabelas, são traçadas as curvas das frentes de avanço superficial
e de infiltração correspondentes a cada ponto de localização das guias de ondas (figuras 5.7,
5.9 e 5.11).
77
Tabela 5.12 – Conteúdos de água do solo (
θ
%) durante a realização do teste de irrigação do sulco,
da primeira repetição.
Dist. (m) 0 21 42 79 100 121 154 175 200
Tempo 1
00:00:00 00:01:49 00:04:18 00:09:38 00:13:44 00:18:11 00:24:23 00:29:13 00:36:12
Início Meio Fim Início Meio Fim Início Meio Fim
Tempo 2
S I S S I S I S S I S I S S I
00:00:00
9,5 27,3 19,5 8,7 45,8 17,5 20,1 9,8 20,6 22,8 27,8 31,9 21,7 27,0 28,2
00:01:49
17,9 27,4 20,0 8,7 45,8 17,5 20,1 9,8 20,6 22,8 27,8 31,9 21,7 27,0 28,2
00:04:18
29,4 27,4 20,1 8,7 45,8 17,5 20,1 9,8 20,6 22,8 27,8 31,9 21,7 27,0 28,2
00:06:10
38,0 27,5 20,2 61,9 46,3 17,4 20,0 9,9 20,6 22,6 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:09:38
42,8 27,7 22,1 61,1 46,4 28,7 28,6 9,9 20,6 22,6 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:13:44
48,4 28,0 24,3 60,2 46,6 42,1 38,8 14,2 37,2 22,6 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:18:11
54,6 28,3 26,8 59,2 46,8 56,6 49,9 16,8 47,0 22,6 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:19:08
55,9 28,4 27,3 59,0 46,8 59,7 52,3 17,3 49,1 22,6 27,6 32,1 21,6 27,0 28,3
00:24:23
55,7 38,4 35,7 59,0 47,0 59,1 52,0 20,4 49,1 23,1 27,6 32,1 21,6 27,0 28,3
00:29:13
55,6 47,5 43,3 58,9 47,1 58,6 51,7 23,3 51,5 23,6 31,8 36,0 21,6 27,0 28,3
00:32:08
55,5 53,1 48,0 58,9 47,2 58,3 51,5 25,0 52,2 23,9 34,3 38,4 52,5 27,0 28,3
00:36:12
55,4 54,8 48,3 58,9 47,2 58,1 51,4 26,4 52,4 24,1 35,0 38,4 52,5 27,0 28,3
00:45:08
55,1 58,5 48,6 58,8 47,3 57,8 51,1 29,6 53,0 24,4 36,5 38,4 52,6 45,4 46,2
00:58:21
55,4 58,1 48,7 58,6 47,2 57,4 51,2 58,2 53,1 25,1 45,9 38,5 52,7 45,4 46,2
01:12:31
56,1 57,7 48,3 58,0 47,3 56,9 51,0 60,4 53,4 25,4 46,0 38,5 53,1 45,6 46,2
01:25:28
55,7 53,3 48,3 57,9 47,4 56,4 50,7 60,4 53,4 25,7 46,1 38,5 53,5 45,5 46,3
01:38:28
55,4 53,1 48,2 57,7 47,4 56,0 50,7 60,4 53,3 25,7 46,1 38,5 53,5 45,6 46,3
01:51:28
51,6 53,1 48,0 57,7 47,3 56,2 50,5 60,4 53,3 25,9 46,1 38,6 53,6 45,7 46,3
02:04:27
50,7 53,2 48,0 57,3 47,4 56,1 50,5 60,3 53,3 26,0 46,1 38,5 53,7 45,6 46,3
02:18:48
50,6 53,2 47,9 57,1 47,6 56,0 50,5 60,3 53,2 26,1 46,1 38,5 53,7 45,7 46,4
02:31:48
50,5 53,3 47,8 57,1 47,4 56,0 50,5 60,4 53,2 26,2 46,2 38,6 53,7 45,6 46,3
02:44:48
50,2 53,2 47,9 57,1 47,4 55,7 50,4 60,3 53,0 26,2 46,2 38,6 53,8 45,7 46,3
02:59:13
50,3 53,4 47,9 57,0 47,5 46,3 38,6 53,6 45,7 46,4
03:12:14
50,4 53,2 47,9 57,0 47,6 46,2 38,6 53,8 45,8 46,5
03:25:12
50,1 53,2 47,9 56,7 47,6 46,3 38,6 53,8 45,8 46,5
18:53:47
48,5 47,7 34,3 30,0 41,7 54,9 49,3 33,8 26,4 27,1 46,5 38,9 53,7 46,2 46,4
O tempo 1 refere-se ao tempo de avanço da frente superficial e o tempo 2, da frente de infiltração. A
letra S significa superior e a letra I, inferior.
Com auxílio da curva de retenção de umidade (figura 5.4), verifica-se que os
conteúdos de umidade das camadas superior e inferior do solo no ponto de saturação são,
respectivamente, 44,57% e 35,71%, em relação ao volume. Mediante a identificação desses
pontos nas tabelas 5.12, 5.14 e 5.16, define-se o momento em que a frente de saturação
atingiu cada haste nas profundidades de 15cm e 35cm, em cada repetição. Observa-se, nessas
tabelas, que as leituras correspondentes às últimas linhas, que foram feitas no dia seguinte à
78
realização do teste, apresentam valores de conteúdo de água, inferior aos das linhas anteriores.
Admite-se que a partir de um determinado teor de umidade, forma-se um caminho
preferencial do fluxo de água na interface solo/haste, o que resulta em um valor muito alto de
umidade naquela zona. Findo o movimento de água no solo, o excesso de água percola para
profundidades maiores, estabelecendo-se um equilíbrio do teor de umidade dessa zona com o
restante do solo nessa profundidade. Em razão disso, conclui-se que não houve uma saturação
do solo de modo generalizado, como indicam os resultados relativos às últimas leituras
realizadas pelo TDR no dia da realização do teste. Somente alguns pontos apresentaram, no
dia seguinte, teores de umidade correspondentes à saturação. Os valores da última linha das
tabelas 5.14, 5.16 e 5.18, confrontados com aqueles correspondentes à umidade de saturação
mencionados anteriormente, permitem identificar a frente de saturação de cada repetição, a
qual é mostrada nas figuras 5.7, 5.9 e 5.11.
Quarenta e oito horas após a realização dos testes, foram abertos poços de observação
em três pontos de cada repetição, ou seja, no início, na metade e no final de cada sulco. Esses
poços foram abertos até a profundidade de 40cm, ou seja, até o início da camada de
impedimento. Em nenhum dos poços localizados no início e meio do sulco foi detectada a
presença de lâmina de água, o que caracterizaria a saturação do solo. Somente nos poços
localizados no final do sulco é que foram verificadas lâminas de água sobre a camada de
impedimento. As alturas de lâmina sobre a camada de impedimento nesses poços foram de 3,
12 e 5cm respectivamente para a primeira, segunda e terceira repetição.
Essa verificação contraria o que foi registrado nas leituras do TDR. Nestas, verificou-
se que a saturação ocorreu em outros pontos do perfil do solo. A ocorrência de saturação no
final do sulco contraria as observações de diversos autores ZERIHUN (1997), BERNARDO
(1995), HIDALGO GRANADOS (1971), que indicam sempre uma maior lâmina de
79
infiltração no início do que no final do sulco, em razão do maior tempo de permanência da
lâmina de água no início do sulco. Entretanto, para este tipo de solo, onde a taxa de infiltração
é baixa e o volume de água armazenado no sulco no momento do corte do fornecimento de
água ao sulco, bastante grande em razão da pequena declividade do sulco, as fases de
depleção e recessão tornam-se muito significativas. Na depleção, a água continuou escoando
de montante para jusante. Entretanto, como essa massa de água não era realimentada, esse
movimento foi diminuindo e, conseqüentemente, a quantidade residual de água no sulco, o
que ocorreu com um decaimento maior do início para o final. Em razão disso, nessa fase e na
de recessão, a lâmina infiltrada foi maior no final do sulco.
Tabela 5.13 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de profundidade
nas respectivas estações - primeira repetição.
Distância (m) Superfície Superior Inferior
0 00:00:00 00:01:49 00:06:10
21 00:01:49 00:04:11 00:06:10
42 00:04:18 00:06:10 00:06:10
75 00:09:38 00:14:07 00:14:07
100 00:13:44 00:18:25 00:19:39
121 00:18:11 00:19:08 00:25:11
154 00:24:23 00:30:11 00:30:11
175 00:29:13 00:32:08 00:36:28
200 00:36:12 00:37:20 00:45:08
80
Figura 5.6 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram cada
sensor e estaca de localização destes na superfície. Primeira repetição.
Figura 5.7 – Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação, primeira repetição.
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:02:18 00:05:00 00:06:08 00:06:38 00:06:46
00:10:18 00:10:40 00:13:58 00:14:07 00:14:24 00:18:31
00:18:46 00:25:46 00:28:21 00:28:38 00:30:52 00:35:43
00:36:23 00:37:26 00:45:48 00:47:05 17:39:56 (saturação)
Lâmina de água
Superfície
do solo
Frente de umedecimento
Linha de saturação
t
= 4E-07
L
2
+ 7E-05
L
+ 0,003
t
= 9E-08
L
2
+ 0,0001
L
+ 0,0006
t
= 3E-07
L
2
+ 7E-05
L
00:00:00
00:07:12
00:14:24
00:21:36
00:28:48
00:36:00
00:43:12
00:50:24
0 50 100 150 200 250
Distância (m)
Tempo
Superfície
Superior
Inferior
Polinômio (Inferior)
Polinômio (Superior)
Polinômio (Superfície)
(superfície)
(superior)
(inferior)
81
Tabela 5.14 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do sulco, segunda
repetição.
Dist. (m) 0 21 42 75 100 121 154 175 200
Tempo 1
00:00:00 00:01:52 00:04:49 00:11:09 00:16:24 00:21:43 00:30:08 00:35:30 00:43:23
Início Meio Fim Início Meio Fim Início Meio Fim
Tempo 2 S I S S I S I S S I S I S S I
00:00:00 17 28,5 15,4 18 26,7 19,5 14 17,6 19,4 29,5 29,2 28,2 26,5 18,9 25
00:01:52 17 35,7 15,4 32 34,7 19,5 13,9 17,6 19,4 29,4 29,2 28,2 26,5 18,9 25
00:04:46 17,1 47,0 15,5 55 47,2 19,4 13,7 17,6 19,3 29,4 29,2 28,2 26,6 19 25
00:04:49 17,1 47,0 15,6 55 47,2 19,4 13,7 17,7 19,3 29,4 29,2 28,2 26,6 19 25
00:11:09 17,1 47,1 25,6 54 47,2 19,4 13,8 32,2 19,3 29,4 29,2 28,2 26,6 19 25
00:16:24 17 47,2 33,8 54 47,3 19,4 13,8 44,2 19,2 29,4 29,1 28,2 26,6 18,9 25
00:17:46 17 47,2 36,0 54 47,3 19,4 13,8 47,3 19,2 29,4 29,1 28,2 26,6 18,9 25
00:21:43 17 47,2 41,0 54 47,3 19,4 13,8 49,4 19,6 29,4 34,0 28,8 28,9 30,6 32,6
00:30:08 17,1 47,3 51,5 54 47,3 19,5 13,9 53,8 19,6 29,3 44,4 49,8 31,5 55,6 48,8
00:30:46 17,1 47,3 52,3 54 47,3 19,5 14 54,1 19,6 29,3 45,2 50,9 34,2 57,5 50
00:35:30 17,1 47,3 52,2 54 47,3 19,5 17,4 54,1 22,4 31,2 45,3 51 40,1 57,6 50
00:43:23 17 47,3 52,1 54 47,3 19,5 23,0 54,2 27,2 34,3 45,4 51 47,3 57,7 50,1
00:43:46 17 47,3 52,0 54 47,3 19,7 23,3 54,2 27,4 34,5 45,6 51,1 47,7 57,8 50,1
00:56:47 17,1 47,3 52,2 54 47,4 25,4 58 53,8 49,2 45,8 45,7 51,1 48,6 57,7 50,2
01:09:46 17,7 47,4 51,8 53 47,4 28,5 57,9 53,7 49,5 46,1 45,6 51,1 48,7 57,8 50,3
01:22:46 19,0 47,5 51,6 53 47,3 32,1 57,5 53,5 49,5 46,1 45,8 51,2 48,7 57,6 50,6
01:35:47 20,5 47,3 51,5 53 47,3 42,4 57,2 53,2 49,6 46,1 45,7 51,2 48,8 57,6 50,5
01:48:46 22,1 47,3 51,6 53 47,5 54,9 57,1 53,1 49,5 46,2 45,7 51,2 48,8 57,6 50,4
02:01:47 23,8 47,4 51,5 53 47,5 58,8 56,8 52,9 49,7 46,2 45,7 51,2 48,8 57,6 50,5
02:14:46 25,3 47,3 51,2 52 47,5 59,3 56,8 52,7 49,8 46,2 45,7 51,2 48,9 57,7 50,4
02:27:46 25,9 47,3 51,3 52 47,4 59,1 56,9 52,6 49,9 46,2 45,8 51,4 49 57,7 50,6
02:40:46 26,4 47,4 51,3 52 47,4 59,3 56,5 52,5 49,8 46,2 46 51,4 49 57,8 50,6
02:53:46 26,8 47,3 51,2 52 47,4 46 51,5 49 57,7 50,6
03:13:32 27,1 47,5 51,3 52 47,5 46,1 51,2 49 57,7 50,7
03:19:45 27,5 47,4 51,2 52 47,5 46 51,3 49 57,8 50,6
13:15:48 31,5 47,2 40,1 47 46,9 55,7 57 45 30,5 41,6 46,3 51,5 48,9 57,7 50,6
O tempo 1 refere-se ao tempo de avanço da frente superficial e o tempo 2, da frente de infiltração. S e
I referem-se às guias de onda superiores e inferiores, respectivamente.
Tabela 5.15 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de profundidade
nas respectivas estações - segunda repetição
Distância (m) Superfície Superior Inferior
0 00:00:00 01:22:46 00:04:46
21 00:01:32 00:11:08 00:04:46
42 00:04:51 00:04:46 00:04:46
75 00:11:08 00:28:52 00:30:46
100 00:16:19 00:17:46 00:32:34
121 00:21:17 00:28:52 00:34:23
154 00:28:52 00:30:46 00:30:46
175 00:34:23 00:42:15 00:36:08
200 00:42:15 00:43:46 00:43:46
82
Figura 5.8 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram cada
sensor e estaca de localização destes na superfície. Segunda repetição.
Figura 5.9 – Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Segunda repetição.
t
= 3E-06
t
2
- 0,0005
L
+ 0,0361
t
= -6E-07
L
2
+ 0,0003
L
+ 0,0003
t
= 3E-07
L
2
+ 1E-04
L
- 0,0006
00:00:00
00:14:24
00:28:48
00:43:12
00:57:36
01:12:00
01:26:24
01:40:48
0 50 100 150 200 250
Distância (m)
Tempo
Superfície
Superior
Inferior
Polinômio (Superior)
Polinômio (Inferior)
Polinômio (Superfície)
Lâmina de água
Superf.
o solo
Frente de
umedec.
Linha de saturção
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:01:32 00:04:51 00:11:08 00:16:19
00:21:17 00:28:52 00:34:23 00:42:15 13:15:48
83
Tabela 5.16 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do sulco, terceira
repetição.
Dist. (m) 0 21 42 75 100 121 154 175 200
Tempo 1
00:00:00 00:02:31 00:05:02 00:10:13 00:14:02 00:18:23 00:24:49 00:29:39 00:36:30
Início Meio Fim Início Meio Fim Início Meio Fim
Tempo 2 S I S S I S I S S I S I S S I
00:00:00 20,3 31,9 20,0 13 28,5 8,5 20,3 26,8 24,2 25 27,8 31,9 21,7 27 28,2
00:02:31 28,4 34,9 20,0 13 28,5 8,5 20,2 26,8 24,3 25 27,8 31,9 21,7 27 28,2
00:05:02 36,4 38,0 20,0 37,7 43,3 8,5 20,1 26,8 24,3 25 27,7 32 21,6 27 28,3
00:07:46 45,2 41,3 20,0 51 51,4 8,5 20 26,8 24,3 25 27,7 32 21,6 27 28,3
00:10:13 45,2 41,3 21,6 51 51,4 8,5 20 26,8 24,3 25 27,7 32 21,6 27 28,3
00:14:02 45,2 41,3 24,1 51 51,4 9,9 42,3 26,8 24,3 25 27,7 32 21,6 27 28,3
00:18:23 45,1 41,3 26,9 51 51,4 10,9 57,8 26,8 24,3 25 27,6 32,1 21,6 27 28,3
00:20:46 45,1 41,4 28,4 51 51,4 11,4 66,2 26,8 24,3 58,9 27,6 32,1 21,6 27 28,3
00:24:49 45,1 41,7 32,2 51 51,4 25,0 66,2 34,1 24,3 59,0 27,6 32,1 31,2 27 28,3
00:29:39 45,1 41,8 41,2 51,1 51,5 41,2 65,9 42,7 24,4 58,9 31,2 32,1 35,9 27 28,3
00:33:45 45,2 41,8 47,1 51 51,5 54,9 65,7 50,1 24,4 59,2 34,3 38,4 52,5 27 28,3
00:36:30 45,2 41,8 47,1 51,1 51,5 54,7 65,7 50,1 24,6 59,2 34,8 38,4 52,5 27 28,3
00:46:47 45,1 41,9 46,9 51 51,4 53,9 65,7 54,7 25,5 59,2 36,5 38,4 52,6 45,4 46,2
00:59:51 45,1 41,7 46,9 51 51,4 53,7 65,6 54,8 26,5 59,1 45,9 38,5 52,7 45,4 46,2
01:13:14 44,6 41,7 46,9 51 51,3 53,7 65,4 55 32,1 59,2 46 38,5 53,1 45,6 46,2
01:26:13 44,3 42,4 46,2 51 51,4 53,7 65,4 55 40,9 59,3 46,1 38,5 53,5 45,5 46,3
01:39:13 44,3 42,3 45,5 50 51,6 53,6 65,4 54,9 48,7 59,2 46,1 38,5 53,5 45,6 46,3
01:52:13 44,1 42,5 45,3 50 51,5 53,4 65,2 54,9 49,2 59,3 46,1 38,6 53,6 45,7 46,3
02:05:13 44,5 42,6 45,2 50 51,4 53,5 65,2 55 49,2 59,4 46,1 38,5 53,7 45,6 46,3
02:18:40 44,3 43,0 45,2 50 51,7 53,4 65,2 54,9 49,4 59,2 46,1 38,5 53,7 45,7 46,4
02:31:40 44,4 42,7 45,1 50 51,5 53,4 65,3 55 49,5 59,3 46,2 38,6 53,7 45,6 46,3
02:44:40 44,4 42,7 45,1 50 51,5 53,4 65,2 54,5 49,4 59,4 46,2 38,6 53,8 45,7 46,3
02:58:33 44,3 42,9 45,0 50 51,5 46,3 38,6 53,6 45,7 46,4
03:11:33 44,6 42,8 45,0 50 51,6 46,2 38,6 53,8 45,8 46,5
03:24:32 44,4 42,9 45,0 50 51,5 46,3 38,6 53,8 45,8 46,5
16:26:06 43,1 41,7 38,0 49 50,1 51,2 63,7 33,1 29,2 38,2 46,5 38,9 53,7 46,2 46,4
O tempo 1 refere-se ao tempo de avanço da frente superficial e o tempo 2, da frente de infiltração. S e I
referem-se às guias de onda superiores e inferiores, respectivamente.
Tabela 5.17 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de profundidade
nas respectivas estações - terceira repetição
Distância (m) Superfície Superior Inferior
0 00:00:00 00:02:36 00:02:36
21 00:02:36 00:07:46 00:07:46
42 00:04:50 00:07:46 00:07:46
75 00:11:43 00:11:43 00:16:15
100 00:16:15 00:24:56 00:24:56
121 00:19:47 00:20:46 00:20:46
154 00:24:56 00:29:15 00:33:45
175 00:29:15 00:33:45 00:39:14
200 00:35:25 00:35:25 00:46:47
84
Figura 5.10 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço superficial atingiram cada
sensor e estaca de localização destes na superfície. Terceira repetição.
Figura 5.11 - Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Terceira repetição.
t
= 2E-07
L
2
+ 0,0001
L
+ 0,0021
t
= -4E-08
L
2
+ 0,0001
L
+ 0,0015
t
= 1E-07
L
2
+ 1E-04
L
00:00:00
00:07:12
00:14:24
00:21:36
00:28:48
00:36:00
00:43:12
00:50:24
0 50 100 150 200 250
Distância (m)
Tempo
Superfície
Superior
Inferior
Polinômio (Inferior)
Polinômio (Superior)
Polinômio (Superfície)
Lâmina de água
Superf.
do solos
Frente de
umedec.
Linha de
saturação
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:02:36 00:04:50 00:07:46 00:11:43
00:16:15 00:19:47 00:20:46 00:24:56 00:29:15
00:35:25 00:39:14 00:46:47
85
Pela análise dos resultados relativos à frente de infiltração, verifica-se que aqueles
relativos à primeira e terceira repetição são similares entre si, entretanto os relativos à segunda
repetição discrepam totalmente dos outros dois. A necessidade de colocação das guias de
onda em posição horizontal, faz com que seja necessário abrir-se um poço no solo, com
dimensões um pouco superiores às das guias, para que estas possam ser colocadas nessa
posição. Posteriormente, o solo tem de ser recolocado em sua posição original, tendo-se o
cuidado de seguir a mesma ordem das camadas e de conferir um grau de compactação que
não altere muito a porosidade natural deste. Apesar desses cuidados, admite-se que, na
segunda repetição, as condições do solo em torno das guias, proporcionaram um fluxo de
água mais livre, diferente daqueles das condições naturais. Em virtude desse fato, os
resultados da segunda repetição foram desconsiderados.
A tabela 5.18 apresenta os valores médios entre a primeira e terceira repetições, dos
conteúdos de umidade do solo durante a realização dos testes. A figura 5.12 apresenta as
curvas relativas às médias da primeira e terceira repetições, correspondentes aos tempos em
que as frentes, superficial de avanço da água e, superior e inferior de infiltração, atingiram os
pontos correspondentes à localização dos sensores. A figura 5.9 apresenta também os valores
médios entre essas repetições, das frentes de avanço de água no sulco e superior e inferior de
infiltração. A tabela 5.19 apresenta a média entre a primeira e terceira repetição, do tempo em
que a frente de umedecimento atingiu as profundidades onde encontravam-se as guias de
onda, respectivamente para a primeira e terceira repetições. A partir dessa tabela, foram
construídas as curvas referentes aos tempos em que as frentes de infiltração e de avanço
superficial atingiram cada sensor e estaca de localização destes na superfície (figura 5.12).
86
Tabela 5.18 – Conteúdos de água do solo durante a realização do teste de irrigação do sulco. Média da
primeira e terceira repetição.
Dist. (m) 0 21 42 79 100 121 154 175 200
Tempo 1
00:00:00 00:02:10 00:04:40 00:09:55 00:13:53 00:18:17 00:24:36 00:29:26 00:36:21
Início Meio Fim Início Meio Fim Início Meio Fim
Tempo 2 S I S S I S I S S I S I S S I
00:00:00 14,9 29,6 19,8 10,9 37,2 13,0 20,2 18,3 22,4 23,9 27,8 31,9 21,7 27,0 28,2
00:02:10 23,2 31,2 20,0 10,9 37,2 13,0 20,2 18,3 22,5 23,9 27,8 31,9 21,7 27,0 28,2
00:04:40 32,9 32,7 20,0 23,2 44,6 13,0 20,1 18,3 22,5 23,9 27,8 32,0 21,7 27,0 28,3
00:06:58 41,6 34,4 20,1 56,5 48,9 13,0 20,0 18,4 22,5 23,8 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:09:55 44,0 34,5 21,9 56,1 48,9 18,6 24,3 18,4 22,5 23,8 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:13:53 46,8 34,7 24,2 55,6 49,0 26,0 40,6 20,5 22,5 23,8 27,7 32,0 21,6 27,0 28,3
00:18:17 49,9 34,8 26,9 55,1 49,1 33,8 53,9 21,8 35,7 23,8 27,7 32,1 21,6 27,0 28,3
00:19:57 50,5 34,9 27,9 55,0 49,1 35,6 59,3 22,1 36,7 40,8 27,6 32,1 21,6 27,0 28,3
00:24:36 50,4 40,1 34,0 55,0 49,2 42,1 59,1 27,3 36,7 41,1 27,6 32,1 21,6 27,0 28,3
00:29:26 50,4 44,7 42,3 55,0 49,3 49,9 58,8 33,0 38,0 41,3 31,5 34,1 28,8 27,0 28,3
00:32:08 50,4 47,5 47,6 55,0 49,4 56,6 58,6 37,55 38,3 41,6 34,3 38,4 52,5 27,0 28,3
00:36:24 50,3 48,3 47,7 55,0 49,4 56,4 58,6 38,3 38,5 41,7 34,9 38,4 52,5 27,0 28,3
00:45:58 50,1 50,2 47,75 54,9 49,4 55,9 58,4 42,15 39,3 41,8 36,5 38,4 52,6 45,4 46,2
00:59:06 50,3 49,9 47,8 54,8 49,3 55,6 58,4 56,5 39,8 42,1 45,9 38,5 52,7 45,4 46,2
01:12:53 50,4 49,7 47,6 54,5 49,3 55,3 58,2 57,7 42,8 42,3 46,0 38,5 53,1 45,6 46,2
01:25:51 50,0 47,9 47,3 54,5 49,4 55,1 58,1 57,7 47,2 42,5 46,1 38,5 53,5 45,5 46,3
01:38:50 49,9 47,7 46,9 53,9 49,5 54,8 58,1 57,7 51,0 42,5 46,1 38,5 53,5 45,6 46,3
01:51:51 47,9 48,6 46,7 53,9 49,4 54,8 57,9 57,7 51,3 42,6 46,1 38,5 53,6 45,7 46,3
02:04:50 47,6 47,9 46,6 53,7 49,4 54,8 57,9 57,7 51,3 42,7 46,1 38,5 53,7 45,6 46,3
02:18:44 47,5 48,1 46,6 53,6 49,7 54,7 57,9 56,6 51,3 42,7 46,1 38,5 53,7 45,7 46,4
02:31:44 47,5 48,0 46,5 53,6 49,5 54,7 57,9 57,7 51,4 42,8 46,2 38,6 53,7 45,7 46,3
02:44:44 47,3 48,8 46,5 53,6 49,5 54,6 57,8 54,5 41,1 32,2 46,3 38,6 53,7 45,7 46,4
02:58:53 47,3 48,2 46,5 53,5 49,5 46,3 38,6 53,6 45,7 46,4
03:11:54 47,5 48,0 46,5 53,5 49,6 46,2 38,6 53,8 45,8 46,5
03:24:52 47,3 48,1 46,5 53,4 49,6 46,3 38,6 53,8 45,8 46,5
17:39:56 45,8 44,7 36,2 39,5 45,9 53.1 56.5 33.5 27.8 32.7 46,5 38,9 53,7 46,2 46,4
O tempo 1 refere-se ao tempo de avanço da frente superficial e o tempo 2, da frente de infiltração. S e I
referem-se às guias de onda superiores e inferiores, respectivamente.
87
Tabela 5.19 - Tempo em que a frente de umedecimento atingiu cada ponto de
profundidade nas respectivas estações – Média entre a primeira e
terceira repetição.
Distância (m) Superfície Superior Inferior
0 00:00:00 00:02:04 00:02:04
21 00:02:04 00:10:20 00:02:04
42 00:04:42 00:10:20 0002:04
79 00:06:15 00:10:20 00:10:20
100 00:10:20 00:10:20 00:13:00
121 00:14:43 00:19:25 00:20:32
154 00:18:07 00:20:32 00:26:27
175 00:20:32 00: 26:27 00: 26:27
200 00:38:42 00: 19:25 00: 19:25
Figura 5.12 – Tempos em que as frentes de infiltração e de avanço
superficial atingiram cada sensor e estaca de
localização destes na superfície. Média entre a primeira
repetição e a terceira repetição
t
= 3E-07
L
2
+ 7E-05
L
- 3E-05
t
= 9E-07
L
2
- 4E-05
L
+ 0,0047
t
= 8E-07
L
2
- 2E-05
L
+ 0,0038
00:00:00
00:07:12
00:14:24
00:21:36
00:28:48
00:36:00
00:43:12
00:50:24
0 50 100 150 200 250
Dis tâncias (m)
Tempo
Superfície Superior Inf erior
Pol in ômio (Superfície) Pol in ômio (Inferior) Pol inômio (Superior)
88
Figura 5.13 - Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada estação.
Média da primeira e terceira repetição
Observando-se as figuras 5.12 e 5.13, verifica-se uma boa uniformidade em relação às
curvas de avanço superficial e de infiltração. Entretanto, com relação à curva de saturação,
observa-se, na figura 5.13, que a linha de saturação não apresenta uma distribuição que possa
ser atribuída ao comprimento do sulco nem ao tempo de duração da irrigação. Pela
observação dessa linha, pode-se relaciona-la a mesma, provavelmente com a desuniformidade
das variações do solo.
5.10. Frentes de avanço superficial, de infiltração e de saturação calculadas
Com auxílio das funções correspondentes aos tempos em que as frentes de infiltração e de
avanço superficial atingiram cada guia de onda e estaca de localização destes na superfície,
constantes das figuras 5.6, 5.8, 5.10 e 5.12, respectivamente da primeira, segunda, terceira e
média entre a primeira e terceira repetição, foram construídas as figuras 5.14, 5.15, 5.16 e
Lâmina de água
Superf.
do solo
Frente
De ume-
decim.
Linha de saturação
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:02:10 00:04:40 00:09:55 00:13:53 00:14:56
00:18:17 00:24:36 00:29:26 00:36:21 00:45:58 17:39:56
89
5.17, que representam as frentes de avanço calculadas, superficial, de infiltração e de
saturação em cada estação, respectivamente da primeira, segunda, terceira e média entre a
primeira e terceira repetição.
Figura 5.14 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de
saturação em cada estação. Primeira repetição.
Lâmina de água
Superf. do
Solo
Frente de
umedec.
Lâmina de saturação
-40
-30
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:00:09 00:02:16 00:03:14 00:04:19
00:04:51 00:06:25 00:06:41 00:09:30 00:09:34
00:11:40 00:12:52 00:15:07 00:15:10 00:16:31
00:18:46 00:19:18 00:22:54 00:24:00 00:24:40
00:27:21 00:28:33 00:32:24 00:33:59 00:34:08
00:38:24 00:47:31
90
Figura 5.15 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada
estação. Segunda repetição.
Figura 5.16 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada
estação. Terceira repetição.
Lâmina de água
Super.
do solo
Frente de
Umedec
Linha de saturação.
-50
-40
-30
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
distâncias (m)
00:00:00 00:02:10 00:03:01 00:03:02 00:05:11 00:06:03
00:06:11 00:08:12 00:09:35 00:10:49 00:12:57 00:13:50
00:15:27 00:15:59 00:16:52 00:19:00 00:19:30 00:21:37
00:23:45 00:23:49 00:24:39 00:26:46 00:28:50 00:30:57
00:31:06 00:36:04 00:43:21 15 16:26:06
Lâmina de água
Superf.
do solo
Frente de
Umedec.
Linha de saturação
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:00:26 00:02:21 00:05:57 00:09:07 00:12:22
00:16:56 00:17:03 00:21:54 00:22:17 00:22:41 00:26:53
00:27:58
00:29:22 00:30:27 00:33:56 00:36:24 00:38:46
00:39:09 00:41:11 00:45:13 00:45:13 00:45:48 00:49:02
00:51:59 00:52:16 00:55:11 01:20:47
13:15:48
91
Figura 5.17 - Frentes calculadas de avanço superficial, de infiltração e de saturação em cada
estação. Média entre a primeira e terceira repetição.
As curvas de avanço superficial e de infiltração calculadas retratam a mesma
uniformidade dessas curvas, conforme anteriormente comentado, e evidenciam a não-
uniformidade da linha de saturação.
5.11. Lâmina de água aplicada
Os conteúdos de umidade lidos no início da realização dos testes, em cada uma das
estações de medição, diferiram daqueles determinados anteriormente, os quais serviram para
quantificar a lâmina necessária para repor o conteúdo de umidade do solo. No item 5.17 a
seguir, é apresentado o cálculo das lâminas necessárias para elevar o teor de umidade à
capacidade de campo, e os correspondentes valores encontrados.
Lâmina de água
Superff.
do solo
Frente
De umed
Linha de saturação
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Distâncias (m)
00:00:00 00:02:18 00:05:00 00:06:08 00:06:38 00:06:46
00:10:18 00:10:40 00:13:58 00:14:07 00:14:24 00:18:31
00:18:46 00:25:46 00:28:21 00:28:38 00:30:52 00:35:43
00:36:23 00:37:26 00:45:48 00:47:05 17:39:56
92
5.12. Umidade inicial
A umidade inicial do solo no momento da realização dos testes, tendo em vista que
estes foram realizados no dia seguinte ao da medição da umidade do solo, teve uma redução
compatível com a evapotranspiração do cultivo de sorgo. A seguir são apresentados os valores
obtidos da média da tabela 5.18.
Superior = 19,53%
Inferior = 28,5%
Superior
mmLl 74,41200
100
53,194,40
=
−
=
(5.16)
Inferior
mmLl 8,11200
100
5,284,34
=
−
=
(5.17)
Total
Ll = 53,54mm
Considerando-se esses valores, o volume necessário (Vn) para repor o conteúdo
máximo de água retida pelo solo seria:
93
Vn = (53,54 . 200 . 0,95)/1000 = 10,17m
3
(5.18)
e o volume realmente aplicado (Va) obtido pelo produto da vazão aplicada pelo tempo de
aplicação dessa vazão que corresponde ao somatório das durações das fases de avanço e
armazenamento:
3
m05,12
1000
75,62.60.2,3
==
Va (5.19)
5.13. Verificação da eficiência de aplicação
A eficiência de aplicação é calculada pela relação:
Ea= Vn/Va = 100 . (10,17/12,05) = 84,4% (5.20)
Este valor é considerado alto para irrigação por sulcos. Na estimativa inicial da
eficiência de aplicação, item 5.8, o valor encontrado foi de 68,2%. Naquela situação o volume
a aplicar era de 12,01m
3
, tendo em vista que o conteúdo de água considerado do solo era
maior. Com a redução do teor de umidade da situação real e a manutenção do mesmo volume
aplicado, a eficiência aumenta. Tendo em vista que foi observado umedecimento do solo em
toda a profundidade e extensão do sulco, conclui-se que não havia necessidade de volume
maior de água. Observando-se, entretanto, a curva de retenção do solo, figura 5.6, verifica-se
que, para esses conteúdos de umidade da camada superior e inferior, a tensão da água no solo
é inferior a –0,3Mpa. Esse valor, segundo DORENBOS & PRUITT (1975), é muito elevado,
94
e apesar de visualmente a campo não serem observados sinais de déficit hídrico na cultura,
pode resultar em redução de produção.
5.14. Saturação do perfil do solo
Uma avaliação visual do solo, por um período de 24 horas após concluída a fase de
recessão, não indicou saturação na superfície. Também as curvas da linha de saturação das
figuras 5.7, 5.9, 5.11, 5.13, 5.14, 5.15, 5.16 e 5.17 indicam que a saturação não atingiu, de
modo uniforme, todo o horizonte superficial. Inclusive em certos pontos, a saturação não
atingiu nem mesmo as guias de onda instaladas no horizonte inferior.
5.15. Aplicação do modelo SRFR
O modelo computacional utilizado para simular a irrigação com os dados deste trabalho
denomina-se SRFR e tem como principio básico a simulação do escoamento da água sobre o
sulco, adotando o modelo zero inércia e a infiltração simulada pela equação de Kostiakow-
Lewis.
Esse modelo simula o movimento superficial e sub-superficial da água em solo irrigado
por sulcos, faixas e bacia de inundação. Dois são os modelos que podem ser utilizados, de
forma alternativa, para simular esses movimentos: o de zero inércia e o da onda cinemática. O
modelo zero inércia simplifica a solução do movimento da água no solo, pela desconsideração
dos termos de inércia e de aceleração, da equação da quantidade de movimento. O modelo da
onda cinemática desconsidera toda a equação da quantidade de movimento. Tendo em vista
ser o modelo zero inércia mais completo, foi o mesmo adotado neste trabalho.
95
Com relação à infiltração da água no solo, o modelo possibilita a escolha entre cinco
alternativas mencionados no capitulo 4. Neste trabalho foi adotada a solução mais completa
entre as cinco, ou seja a equação de Kostiakow-Lewis, tendo em vista ter-se conhecimento de
todas as variáveis da mesma.
A seguir é apresentada a simulação realizada pelo modelo SRFR.
Dados de entrada do modelo:
Vazão de entrada: Q = 3,2 l . s
-1
Comprimento: L = 200m
Espaçamento: E = 0,95m
Lâmina de água a ser aplicada La = 43,2mm
Função de infiltração: i = 42,9 t
0,6057
+ 13 t
Seção transversal do sulco:
•
Altura máxima da lâmina de água: ym = 130mm
•
Largura do fundo: b = 130mm
•
Declividade do talude; 1:1,5
•
Tempo de aplicação: t = 60,03 minutos
•
Coeficiente de rugosidade de Manning: n = 0,03
O valores de saída obtidos, utilizando-se o modelo da onda cinemática e a equação de
Kostiakow-Lewis, são os apresentados a seguir:
96
Tempo de avanço: ta (min) = 50,10
Eficiência de aplicação: Ea (%) = 70,60
Lâmina total aplicada: La (mm) = 60,00
Lâmina média aplicada Lma (mm) = 55,90
Lâmina média percolada Lmp (mm) = 13,00
Altura máxima de lâmina de água no sulco ym (cm) =8,64
Lâmina média perdida para fora do sulco: Lr (mm) = 4,60
A tabela 5.20 fornece as lâminas de infiltração simuladas e a tabela 5.21, as lâminas de
água sobre o fundo do sulco.
97
Tabela 5.20 - Lâmina total infiltrada ao longo do sulco
Distância do início do sulco (m) Lâmina infiltrada (mm)
0
10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
100
109
118
127
136
145
154
163
172
181
190
200
200
62,07
62,49
62,62
62,64
62,57
62,46
62,17
61,50
61,15
60.49
59.67
58.79
57.77
56.59
55.30
53,80
52.14
50.31
48.59
46,09
43.35
40.33
35,40
43.20
Tabela 5.21 – Alturas de lâmina de água sobre o fundo do sulco
Distâncias (m)
Tempo
(seg)
0 50 100 150 200
28,28 0,06599 0 0 0 0
81,11 0,07163 0 0 0 0
141,4 0,07541 0 0 0 0
209,1 0,07772 0 0 0 0
284,4 0,07948 0 0 0 0
321,1 0,08004 0 0 0 0
321,1 0,08004 0 0 0 0
367,1 0,08074 0,02402 0 0 0
457,2 0,08176 0,0476 0 0 0
555 0,08253 0,05515 0 0 0
650,5 0,08317 0,0603 0 0 0
774 0,08368 0,06401 0 0 0
895,9 0,0841 0,06679 0 0 0
895,9 0,0841 0,06679 0 0 0
895,9 0,0841 0,06679 0 0 0
98
Distâncias (m) Tempo
(seg)
0 50 100 150 200
1027 0,08445 0,06894 0,03946 0 0
1167 0,08475 0,07064 0,04297 0 0
1317 0,085 0,07202 0,04884 0 0
1477 0,08522 0,07315 0,05317 0 0
1649 0,08541 0,07409 0,0565 0 0
1752 0,08551 0,07454 0,05795 0 0
1752 0,08551 0,07454 0,05795 0 0
1834 0,08558 0,0749 0,05911 0,01363 0
2031 0,08573 0,07559 0,06123 0,03332 0
2244 0,08587 0,0762 0,06298 0,0394 0
2472 0,086 0,07673 0,06445 0,04418 0
2718 0,08611 0,07721 0,0657 0,04789 0
3014 0,08623 0,07768 0,0669 0,05113 0
3014 0,08623 0,07768 0,0669 0,05113 0
3014 0,08623 0,07768 0,0669 0,05113 0
3309 0,08633 0,07808 0,06787 0,05357 0
3602 0,08642 0,07842 0,06867 0,05552 0
3631 0,06743 0,07829 0,06875 0,0557 0
3661 0,0593 0,07734 0,06882 0,05589 0
3693 0,05241 0,07504 0,06885 0,05608 0
3727 0,04666 0,07175 0,06873 0,05627 0
3762 0,04121 0,06803 0,06831 0,05646 0
3799 0,03622 0,06409 0,06743 0,05662 0
3838 0,03136 0,06002 0,06603 0,0567 0
3879 0,02675 0,05586 0,06413 0,05663 0
3922 0,0222 0,05164 0,0618 0,0563 0
3967 0,01779 0,04735 0,05908 0,05566 0
4014 0,01343 0,04299 0,05603 0,05463 0
4063 0,00916 0,03856 0,05269 0,05319 0
4115 0,00496 0,03404 0,04907 0,05133 0
4170 0,00098 0,0294 0,04519 0,04906 0
4228 0 0,02462 0,04107 0,04637 0
4288 0 0,01967 0,03669 0,04328 0
4351 0 0,01453 0,03206 0,03979 0
4418 0 0,0092 0,02714 0,03589 0
4487 0 0,00358 0,02191 0,03158 0
4561 0 0 0,01635 0,02684 0
4638 0 0 0,01039 0,02162 0
4715 0 0 0,00435 0,01615
4791 0 0 0 0,01042
4868 0 0 0 0,00443
4938 0 0 0 0
5007 0 0 0 0
99
O modelo não simula a profundidade de penetração da água no solo. Para procurar
estabelecer uma comparação entre as observações de campo e as do modelo, foi construída
uma curva correspondente à frente de umedecimento da lâmina total de infiltração simulada,
considerando-se as características hidrodinâmicas do solo. A tabela 5.22 apresenta os valores
dessa simulação. Do mesmo modo, foi construída a curva correspondente à linha de
saturação, apresentada na mesma tabela.
A figura 5.18 apresenta as curvas correspondentes à frente de umedecimento do solo,
de saturação e as linhas de lâminas de água sobre o fundo do sulco em diversos instantes.
Figura 5.18 – Lâminas de água sobre o fundo do sulco, linha de umedecimento da lâmina
de infiltração e linha de saturação.
O modelo simulou uma altura de saturação a partir da camada de impedimento, que
decresce do início para o final do sulco. Esse resultado era esperado em razão da maior
permanência da água nesse trecho de sulco. No campo, entretanto, o que se observou foi uma
altura de saturação variável ao longo de todo o sulco. Sondagens realizadas nos sulcos, por
Lâmina de água na fase de avançoLâmina de água na recessão
Superf. do
Solo
Linha de saturação Linha de infiltração
-0,45
-0,35
-0,25
-0,15
-0,05
0,05
0 50 100 150 200
Distäncia (m)
Infiltração Saturação 321,1 seg 895,9 seg 1752 seg 3602 seg 3631 3879 4228
100
meio da abertura de poços para observação, detectaram lâminas de saturação no trecho final
do sulco.
O modelo simulou uma lâmina máxima sobre o fundo do sulco de 8,64cm, e em
campo o valor médio observado foi de 13cm.
Apesar de a fase de armazenamento ter uma duração superior à de avanço, o modelo
não considerou nenhuma lâmina de água sobre o final do sulco, observando-se a tabela 5.21,
isso pode ser verificado. Logicamente, ao não considerar uma lâmina de água sobre o sulco
em sua extremidade final, a lâmina aí infiltrada, não será computada. Esse fato, que não
traduz a realidade, traz como conseqüência uma menor altura de água aplicada nesse ponto.
As frentes de infiltração e de saturação de água no solo apresentam uma conformação
regular e decrescente. Esse comportamento é coerente com um solo homogêneo ao longo do
sentido longitudinal do sulco, conforme considerado no modelo.
Nas curvas de infiltração e de saturação construídas a partir dos registros de variação
de umidade realizados com o TDR, não se observa essa mesma regularidade. Provavelmente a
conformação dessas curvas, esteja relacionada às variações nas taxas de infiltração ao longo
do sulco, decorrentes da heterogeneidade do solo nesse sentido.
Entretanto essa mesma heterogeneidade não pode ser responsável pela tendência
observada em campo, de maior lâmina infiltrada no final do sulco. Essa situação
provavelmente se encontra relacionada ao fato do modelo não considerar uma lâmina de água
sobre o final do sulco, concluída a fase de avanço.
Pelo exposto, verifica-se que a principal falha do modelo, relaciona-se à ausência da
lâmina no final do sulco. Para contornar esse problema, o programa deveria, nos modelos de
simulação do escoamento, buscar uma condição que reproduzisse melhor os resultados
observados em campo. Na situação de campo, a drenagem da água sobre o fundo do sulco,
101
ocorre em um tempo bem maior que no modelo. As variáveis que são utilizadas na simulação
de forma arbitrada são a rugosidade e o perímetro molhado, já que a altura do tirante de água
é estimada. Em um primeiro momento, sem procurar buscar outro modelo de simulação, essas
variáveis poderiam ser consideradas com uma amplitude maior de valores. Caso essa tentativa
não resulte em êxito, talvez utilizar outro modelo de simulação. O modelo do balanço de
volume é de fácil adoção e poderia ser testado. Já o modelo hidrodinâmico é de aplicação bem
mais complexa, mas, justamente em razão de sua maior complexidade, reproduz de forma
mais precisa o escoamento.
102
6. Conclusão e recomendações
Em um Gleissolo Melânico com camada de impedimento, no Município de Santa
Vitória do Palmar, RS, foram realizados testes para determinar a vazão máxima possível de
aplicar-se aos sulcos, da taxa de infiltração, do avanço da corrente de água no sulco, e
monitorado o avanço da frente de infiltração, com a utilização da técnica da reflectometria no
domínio do tempo (TDR). Para tanto, foi efetuado um experimento constituído de um cultivo
de sorgo granífero (sorghun bicolor L.), o qual foi irrigado por sulcos retilíneos com 200m de
comprimento e espaçamento de 0,95m. Todos os testes foram realizados com três repetições.
Com o objetivo de avaliar a aplicação de modelos numéricos de simulação da
irrigação nestes casos, foi aplicado o modelo desenvolvido pelo U.S. Water Conservation
Laboratory do U.S. Departament of Agriculture, SRFR (1999).
Eficiência de aplicação
A eficiência de aplicação foi obtida pela relação dos volumes aplicados com os
volumes armazenados em toda a extensão do sulco e profundidade de solo até a camada de
impedimento.
Os resultados encontrados foram por demais elevados e são merecedores de uma
análise mais detalhada.
Comprimento de sulco
103
Neste trabalho utilizou-se um comprimento de sulco pré-estabelecido de 200m, tendo
em vista que, na irrigação por sulcos, as variáveis percentual de área perdida no início e no
final, e percentual de água perdida por percolação ou, para este caso especificamente,
percentual de saturação do perfil do solo, são respectivamente inversa e diretamente
proporcionais ao comprimento do sulco. Seria interessante verificar se, para comprimentos
maiores de sulcos, essa uniformidade de umedecimento do perfil do solo também seria
mantida.
Vazões
A identificação da vazão máxima permissível teve como parâmetros limites a erosão e
a capacidade máxima de transporte, sem transbordamento, da seção do sulco. O primeiro
limite atingido foi a capacidade de transporte, ou seja, para a condição de sulco
completamente cheio, não se detectou erosão.
Observando-se as durações das fases de avanço e a de armazenamento, verifica-se que,
quando a frente de avanço atinge o final do sulco, ainda não foi aplicada toda a lâmina
necessária. Conclui-se daí que, durante a fase de armazenamento, a vazão deve ser reduzida a
um valor compatível com a taxa de infiltração ao longo do sulco, reduzindo assim as perdas
por escoamento para fora do sulco no final, sem alterar a taxa com que a água é absorvida
pelo solo.
TDR
104
O acompanhamento da frente de avanço da infiltração foi realizado com a utilização
da técnica da reflectometria no domínio do tempo (TDR). A necessidade de determinar a
umidade nas duas camadas de solo fez com que se posicionassem as guias de onda do TDR na
posição horizontal. A colocação das guias nessa posição exige que se cave o solo até a
profundidade na qual será colocada a guia e, a seguir, coloque-se terra até a superfície. Esse
procedimento altera o grau de compactação do solo e cria alguns vazios, o que proporciona
condições para que haja caminhos preferências para o fluxo de água. Verifica-se que os teores
de umidade atingem, em determinado momento o ponto de saturação e depois baixam. Isso
indica que a água atingiu de forma relativamente rápida esse ponto, saturando o solo e
percolando posteriormente de forma mais uniforme para maior profundidade.
A utilização de guias de onda segmentadas, posicionadas verticalmente e introduzidas
no solo por compressão, não provocando deformação nem alterando o grau de compactação,
permitiriam determinar a umidade de forma individualizada nas profundidades desejadas.
Provavelmente esse procedimento traria resultados mais consistentes para este tipo de
determinação.
Necessidade de irrigação
Analisando-se o valor de água facilmente disponível nesse solo, de apenas 14,6mm,
percebe-se que a irrigação é imprescindível quando se pretende uma agricultura com margem
de risco que permita viabilizar o investimento nesse setor.
Valores baixos de disponibilidade de água resultam em irrigações muito freqüentes. A
freqüência encontrada, para este caso, foi de aproximadamente 4 dias, valor bastante baixo,
mas não o suficiente para inviabilizar a realização da prática da irrigação.
105
Tendo em vista que na região em que o trabalho foi desenvolvido existe muita
disponibilidade de água para irrigação, e que as culturas que podem ser utilizada para rotação
com o arroz, tais como soja, sorgo, milho e girassol, não apresentam produtividades elevadas
em solos mal drenados como esse, o método de sulcos, apesar de apresentar maior consumo
de água que os de aspersão e gotejamento, é muito mais indicado, tendo em vista o baixo
custo operacional de implantação.
Distribuição da água no perfil do solo
Uma importante conclusão que se pode retirar deste trabalho é a de que, ao contrário
do normalmente esperado, a profundidade de irrigação ao longo do sulco foi muito
semelhante. O normalmente esperado era de que em razão da água permanecer por mais
tempo durante a aplicação, ou seja, durante as fases de avanço e armazenamento, no inicio do
que no final do sulco, o maior valor de lâmina infiltrada fosse no trecho inicial. Entretanto, em
razão da baixa taxa de infiltração e da alta velocidade de escoamento da água no sulco,
conclui-se que apesar da água ter permanecido um tempo maior sobre o início do sulco na
fase de avanço e armazenamento, nas fases de depleção e de recessão, em razão do
mencionado, a lâmina de água sobre a superfície do sulco permaneceu por mais tempo no
trecho final do que no inicial.
Essa verificação torna bastante possível a utilização com sucesso, desse método de
irrigação nesse tipo de solo.
Saturação do solo
106
Em razão de não ter ocorrido saturação do solo na superfície, e pela observação das
linhas de saturação de todas as figuras que representam o movimento da água no perfil, onde
se observa que a saturação não atingiu de modo uniforme todas as guias de onda da camada
superficial, e em alguns casos, nem mesmo a inferior, conclui-se que a saturação não ocorreu
de forma generalizada no perfil do solo, o que não levaria a inviabilizar a irrigação nesse caso.
Seria interessante, entretanto, a realização de mais ensaios, com um número maior de pontos
de leitura da variação do conteúdo de água, para se poder avaliar com exatidão o alcance da
saturação.
Aplicação do modelo SRFR
O programa simulou o movimento da água no sulco, quando alimentado com os dados
observados em campo e utilizando o modelo zero inércia para simulação do escoamento e a
equação de Kostiakow-Lewis para a lâmina de infiltração.
O modelo apresentou algumas limitações, tendo sido a mais importante a
desconsideração da lâmina de água sobre o sulco em sua porção terminal, na fase de depleção.
Segundo os STRELKOFF (2004), a maior limitação do modelo está relacionada à
estimativa dos valores de rugosidade e de infiltração. Ainda de acordo com o mesmo, a maior
vantagem reside nas bases teóricas para as simulações e a grande variedade de cenários de
irrigação que podem ser simulados.
Para poder simular o movimento da água no sulco nessa situação, o modelo deve
sofrer modificações no que diz respeito à simulação do escoamento superficial da água sobre
o sulco, de modo a reproduzir de forma precisa, o tempo e altura do tirante de água sobre o
final do sulco, na fase de depleção.
107
Tendo em vista que o modelo não simulou a lâmina de saturação no final do sulco,
nem as lâminas de água sobre o fundo do sulco no final deste, como foi observado em campo,
conclui-se que esse modelo não pode ser aplicado à irrigação por sulcos em solos com camada
de impedimento.
Recomendações
O alto custo do TDR não permitiu que se fizesse um número maior de observações,
tanto em cada uma das repetições como em número de repetições. Outra limitação encontrada
foi a pequena freqüência de períodos sem chuva, que permitissem repetir testes os quais não
apresentassem bons resultados, como foi o caso da segunda repetição do teste de
monitoramento da frente de infiltração com o TDR.
Essas limitações poderiam ser contornadas com um aporte maior de recursos, que
permitissem o desenvolvimento desse trabalho por um maior espaço de tempo, buscando
dispor-se de condições climáticas necessárias, ou seja, suficiente freqüência de valores
conteúdo de água no solo que signifique necessidade de irrigação.
Com relação à utilização do TDR, a confecção de guias de onda em maior quantidade
e adoção de cabos coaxiais de maior comprimento, de modo a poder simular o movimento da
água em cada sulco em único processo, e com maior numero de repetições.
No que se refere à utilização de modelos de simulação, as recomendações são as
constantes no item 5.15, que podem ser resumidas na adoção de amplitude maior de valores
das variáveis arbitradas, ou na utilização de outro modelo de simulação do escoamento.
108
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A
1 ANEXOS
A.1. Classificação do solo
A.1.1. Ficha de resultados
Nome: GLEISSOLO MELÂNICO Carbonáltico incéptico Relevo: Plano
Localização: Granja Pitanga, Santa Vitória do Palmar, RS. Erosão: Não-aparente
Situação e declive: Área de Lavoura – Plana Drenagem:
Imperfeitamente drenado
Material originário: Sedimentos da Formação Chuí Uso atual: Lavoura
Data: 27/12/2000 Examinadores: Álvaro Moreira Rota
Ruy Silveira
Horiz. Profund
.
Cor Textura Estrutura Porosid.
Cerosid.
Consist.
molhada
Transiç
ão
Raízes
Ag 0-26 10yR
2/1
Siltoso Maciça Ligeiramente
pegajoso e
ligeiramente
plástico
Gradual
e plana
Muitas
Ap 26-43 5y 3/1
1 2/1
Franco
siltoso a
franco
argilo-
siltoso
Fraca, media,
blocos
subangulares
Pegajoso e
ligeiramente
plástico
Gradual
plana
Comuns
AB 43-063 5y 3/1 Argilo
siltoso
Fraca,
pequena.
blocos
subangulares
Muito
pegajoso e
plástico
Clara e
plana
Comuns
Bg 63-78 5y 5/1
e 5/2
Argilo
siltoso
Forte, médio,
blocos
subangulares
Moderada
e
Muito
pegajoso e
plástico
Poucas
B
Descrição do perfil
Ag 0-26; (10YR 2/1); siltoso; maciça; ligeiramente pegajoso e ligeiramente plástico;
transição gradual e plana; raízes muitas.
Ap 26-43; (5Y 3/1 e 2/1); franco siltoso a franco argilo siltoso; fraca, média, blocos sub
angulares; pegajoso e ligeiramente plástico; transição gradual plana; raízes comuns.
AB 43-63; (5Y 3/1); argilo siltoso; fraca, pequena, bloco sub angulares; muito pegajoso e
plástico, transição clara e plana, raízes raras.
Bg 63-78; (5Y 5/1 e 5/2); argilo siltoso; forte médio, bloco sub angulares; muito pegajoso
e plástico, raras.
A.1.2. Análise granulométrica
Horizonte Amostra Argila (%) Silte (%) Areia (%)
Ag
Ap
AB
Bg
1
2
3
Média
4
5
6
Média
7
8
9
Média
10
11
12
Média
21,01
19,16
20,55
20,34
08,07
07,83
09,53
08,48
02,98
03,13
03,82
03,31
04,42
03,66
03,06
03,90
28,62
29,23
29,23
29,02
42,04
42,56
40,44
41,68
51,79
52,16
52,56
52,17
61,02
62,43
63,23
62,23
50,37
51,61
50,22
50,73
49,88
49,61
50,03
49,84
45,22
44,71
43,62
44,52
34,56
33,91
33,17
33,87
C
A.1.3. Porosidade
Horizonte N
o
anel Macro (%) Micro (%) Total (%)
θ
nat. (%)
Dens.
solo
Ag
Ap
AB
Bg
812
807
499
Média
449
491
467
Média
451
495
446
Média
497
440
493
Média
2,21
4,13
1,43
2,59
0,51
1,47
0,54
0,84
1,82
1,32
1,98
1,71
1,21
1,67
0,97
1,28
33,15
31,91
32,07
32,38
32,35
32,11
30,49
31,65
31,84
30,68
29,92
30,81
34,64
35,24
35,30
35,06
35,36
36,04
33,50
34,97
32,86
33,58
31,03
32,49
33,66
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