Determinação da precipitação efetiva para a irrigação suplementar pelo balanço hídrico hórario : um caso-estudo em Urussanga, SC.

Abstract

A irrigação suplementar tem sido recomendada nas regiões de clima úmido, como prática para aumentar a produtividade e reduzir os riscos de ocorrência de déficit hídrico. Para um adequado dimensionamento e manejo do sistema de irrigação é necessário conhecer a frequência e a magnitude da precipitação efetiva. A forma mais comum de determinar a precipitação efetiva é pela realização do balanço hídrico na camada de solo explorado pelas culturas, utilizando-se de longas séries de dados meteorológicos. Como a grande maioria dos dados pluviométricos existentes são dados diários, a técnica do balanço hídrico geralmente é empregada em intervalos diários, quando são feitas algumas simplificações dos processos envolvidos. Uma importante simplificação, geralmente adotada, se refere ao processo de infiltração de água no solo, que, para uma estimativa mais realista, requer as intensidades de precipitação em intervalos horários ou menores. Este trabalho teve como objetivos ajustar um modelo para desagregar os dados diários de precipitação em dados horários, comparar a precipitação efetiva, determinada pelos modelos de balanço hídrico horário e diário com a precipitação efetiva determinada pelos métodos do SCS e da precipitação dependente, e determinar a precipitação efetiva e a necessidade de irrigação para as culturas do milho e feijão na região de Urussanga, SC. Utilizou-se de uma série de 48 anos de dados diários de chuva e da série de 16 anos dos registros pluviográficos da estação meteorológica de Urussanga (28.31° S, 48.19° W). Com os dados de chuva horária observados, foi ajustado um modelo para gerar séries de 500 anos de precipitação horária. Essas séries geradas foram utilizadas na desagregação dos dados de precipitação diária do período em que não havia a informação horária da chuva. No modelo de balanço hídrico diário, o escoamento superficial foi estimado pela metodologia da Curva Número, e, no modelo de balanço hídrico horário, a infiltração foi estimada pela equação de Green-Ampt adaptada para chuva de intensidade variável. Foram considerados quatro tipos de solos com diferentes potenciais de gerar escoamento superficial. Para a validação do modelo foi conduzido um experimento com a cultura do milho, onde a umidade do solo estimada pelo modelo foi comparada com a umidade observada. Os resultados obtidos possibilitaram concluir: a) o modelo estocástico ajustado gerou as séries de dados horários mantendo as características estruturais da chuva observada; b) após a desagregação dos dados diários essas características são preservadas de maneira satisfatória; c) o critério de dimensionamento do projeto de irrigação pela diferença entre a evapotranspiração e a precipitação provável causa uma expressiva subestimativa de necessidade de irrigação; d) a precipitação efetiva média mensal estimada pelo método do Serviço de Conservação de Solos dos Estados Unidos apresenta valores superiores aos valores obtidos pelo balanço hídrico diário e horário; e) a inclusão da metodologia da Curva Número no balanço hídrico diário não resulta em diferença na precipitação efetiva para solos com CN variando de 60 até 90; f) o modelo de balanço hídrico horário apresentou diferenças na precipitação efetiva, sendo as diferença mais acentuadas nos meses caracterizados pelas chuvas mais intensas, e também quanto maior o potencial do solo em gerar escoamento superficial; g) a necessidade de irrigação na cultura do milho com período de retomo de 5 anos varia conforme a época de plantio, entre valores de 125 a 210 mm para o solo argilo-arenoso e, de 75 a 175 mm para um solo franco-argilo-arenoso; h) para a cultura do feijão esses valores variam de 90 a 160 mm no solo argilo-arenoso e, de 67 a 140 mm no solo franco-argilo-arenoso. Verificou-se ainda que o modelo de balanço hídrico horário simulou valores de umidade do solo com boa concordância com os valores observados, sendo considerado válido para as condições de solo e cultura em que se desenvolveu o estudo.

Supplemental irrigation has been widely recommended in wet regions as a way to increase the area's productivity and to reduce the risk of water deficiency. The appropriate design and management of irrigation systems, however, can only be successfully performed if we know the actual frequency and volume of effective rainfall. Such information is usually obtained by performing a water balance in the cropped soil using a series of meteorological data. Since rainfall-wise data are gathered on a daily basis the water balance technique is usually conducted at daily intervals, the processes involved being somehow simplified. One important simplification generally adopted is about the infiltration process, which generally requires the intensity of rainfall to be measured in hourly intervals, sometimes even less. This study has aimed at transforming the already existing daily rainfall data into hourly data, comparing the data obtained through the daily and hourly water balance models with the rainfall related information obtained through the SCS and dependent rainfall methods, and then determining the actual rainfall volume and frequency and the need for irrigation in the Urussanga-SC com and beans crops. We have worked with rainfall-wise data collected on a daily basis over 48 years and 16 years of pluviographic records entered into by the Meteorological Observing Station located in the city of Urussanga, state of Santa Catarina (28.31° S, 48.19° W). The hourly rainfall data served as a basis for the creation of a new model, one that has enabled us to simulate 500 years of hourly measured rainfall. The simulated data was then used to simulate hourly data concerning the rainfall in the periods in which such informations was not available. As for the daily water balance model, runoff was estimated through the Curve Number methodology while in the water balance model, the Green-Ampt equation (adapted for variable rainfall intensity) was used to estimate seepage. We have analyzed four types of soil with different runoff potential. In order to prove the validity of our new model, we then made an experiment with the com crop, comparing the soil moisture data obtained through our model with the verified moisture. The results obtained in such experiment have enabled us to conclude that: the new adapted stochastic model has simulated a series of hourly rainfall data without altering the structural characteristic of the observed rainfall; these characteristics have been maintained in a satisfactory way, even after the simulation of the daily data; the criterion for dimensioning the irrigation project through the difference between the evapotranspiration and the probable rainfall deeply affects the estimations on the need for irrigation; the average monthly effective rainfall estimated by the American Soil Conservation Service shows values superior to those obtained in the daily and hourly water balance, the biggest difference being evidenced in the soils with a higher runoff potential; the inclusion of the Curve Number methodology in the daily water balance does not lead to any difference concerning the effective rainfall in soils with a CN ranging from 60 to 90, leading us to underestimate the need for irrigation in the soils with a higher runoff potential; the hourly water balance model points to differences in the effective rainfall, especially in the periods of more intense rainfall and in the soils with a higher runoff potential; the need for irrigation in the com crops with a five-year return period varies from 125 to 210 mm in sandy-clay soils and from 75 to 175 mm in sandy-clay-loam soils, depending on the time of planting; as for the beans crops, these values vary from 60 to 160 mm in sandy-clay and from 67 to 140 mm in a sandy-clay-loam soil. We have also concluded that the hourly water balance model has simulated soil moisture values which perfectly match the observed values, and therefore such model can be considered suitable for the soil conditions and the type of crops of this study.