UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS

DISCIPLINA: SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO

IRRIGAÇÃO POR SUPERFÍCIE (INUNDAÇÃO E FAIXAS)

Prof. Vladimir Batista Figueirêdo

Mossoró - RN

Maio – 2013

SUMÁRIO

1. Introdução a irrigação por inundação ............................................................................................... 1

2. Sistematização do terreno ................................................................................................................ 1

2.1 Estudos preliminares ................................................................................................................... 1

2.2 Preparação para sistematização .................................................................................................. 2

2.3 Cálculos da sistematização ......................................................................................................... 2

3. Características dos sistemas por inundação ..................................................................................... 3

3.1 Aplicação de água ....................................................................................................................... 3

3.2 Quanto à forma ........................................................................................................................... 3

3.3 Distribuição de água ................................................................................................................... 4

3.4 Construção dos tabuleiros ........................................................................................................... 5

3.5 Tamanho dos tabuleiros .............................................................................................................. 5

3.6 Classificações da irrigação por inundação .................................................................................. 6

4. Dimensionamento da irrigação por inundação permanente ............................................................. 6

4.1 Vazão necessária ao enchimento dos tabuleiros (Qe) por hectare do projeto ............................ 6

4.2 Número de tabuleiros (Nt) .......................................................................................................... 7

4.3 Vazão de manutenção (Qm) ........................................................................................................ 7

4.4 Tempo de irrigação (Ti) em dias, para o calculo da eficiência de aplicação (Ea) ...................... 7

5. Dimensionamento da irrigação por inundação temporária ou intermitente ..................................... 7

6. Eficiência do sistema (E) de irrigação por inundação ...................................................................... 8

7. Introdução a irrigação por faixas ................................................................................................... 10

8. Características dos sistemas por faixas .......................................................................................... 11

8.1 Declividades ............................................................................................................................. 11

8.2 Largura ...................................................................................................................................... 11

8.3 Comprimento ............................................................................................................................ 11

8.4 Lâminas e manejo da irrigação ................................................................................................. 12

9. Dimensionamento da irrigação por faixa ....................................................................................... 12

9.1 Vazão máxima .......................................................................................................................... 13

9.2 Vazão mínima ........................................................................................................................... 13

1

1. Introdução a irrigação por inundação

Nesse sistema de irrigação, a água é aplicada na superfície do solo, por meio da energia potencial (força da gravidade) dentro de áreas contornadas por diques ou grandes camalhões (taipas) sendo chamadas de tabuleiros ou bacias de irrigação. O terreno se divide nestes tabuleiros, dentro dos quais se aplica uma vazão superior à velocidade de infiltração, ficando a água estancada até que penetra no solo (Figura 1). Dentre as culturas se destacam: algodão, feijão, cebola, pomares, milho, pastagens, aveia, sorgo, forrageira e arroz.

Figura 1. Sistema de irrigação por inundação.

O nivelamento é feito com declividade zero ou muito próxima a zero (áreas quase planas). Este

fato é devido à exigência de se ter um terreno sobre o qual a água possa fluir sem causar erosão. Nesse sentido é necessário, principalmente em irrigação por inundação, a sistematização do terreno.

2. Sistematização do terreno

2.1 Estudos preliminares

- Tipo de solo: Taxa de infiltração de água (VIB).

- Topografia do terreno: Menos acidentada melhor. Diferença de nível dentro do tabuleiro < = 20cm.

- Necessidade de saneamento agrícola: Construção de drenos.

- Disponibilidade de água: Concessão-outorga.

2

- Condução da água:

Melhor por gravidade, bombeamento deve-se avaliar custo/benefício.

2.2 Preparação para sistematização

- Época a ser realizada a sistematização: Evitar chuvosa.

- Levantamento topográfico: Piqueteamento (20 m entre piquetes - recomendado); Identificação dos piquetes: letras e números; Construção dos mapas:

- Curvas de nível: Possibilitar divisões em subáreas com topografia semelhante.

- Relação Corte/Aterro deve variar entre 1,2 e 1,4.

2.3 Cálculos da sistematização

Método dos quadrados mínimos é o mais utilizado. - Determinação do centróide (posição e cota) em área retangular:

N

HiHm ∑= (1)

Onde: Hm = Cota do centróide (m); Hi = cota i (m); N = número de cotas.

- Determinação das declividades que melhor se adaptam: Gráficos:

( ) ( )∑ ∑

∑ ∑∑

−

⋅−⋅

=

n

LL

n

HmiLHmiL

D 2

2

)(

(2)

Onde: D = Declividade que melhor se adapta ao terreno no sentido da coluna ou linha (altura entre dois

piquetes consecutivos); L = distância, em piquetes, da coluna ou linha; Hmi = cota média de cada coluna ou linha; n = número de colunas ou linhas.

3

Exemplo: Determine as declividades nos dois sentidos da área sistematizada abaixo, ao qual está piqueteada

num intervalo de 20 metros, nas duas direções (x, y). O piqueteamento iniciou-se a 10 metros da divisa do terreno. Marcou-se um ponto de origem “O” a 10 metros norte e 10 metros oeste da área.

O 1 2 3 4 5 média Total 1

8,19

8,16

8,16

8,2

8,15

8,172 40,86 2

8,18

8,14

8,20

8,17

8,04

8,146 40,73 3

8,21

8,18

8,25

8,08

8 8,144 40,72

4

8,17

8,14

8,24

8,08

8,05

8,136 40,68 média 8,1875 8,155 8,2125 8,1325 8,06 162,99 Total 32,75 32,62 32,85 32,53 32,24

3. Características dos sistemas por inundação

3.1 Aplicação de água Realizada em bacias ou tabuleiros. Normalmente utiliza-se ¼ do tempo para aplicar a lâmina

requerida pela cultura sendo igual ao tempo total para inundar.

3.2 Quanto à forma Podem ser de forma quadrangular, retangulares ou em contorno.

4

3.3 Distribuição de água

Realizado em compartimentos fechados e por transbordamento no final da bacia.

5

3.4 Construção dos tabuleiros Declividade recomendada de no máximo 1%, compactação do solo, implementos (entaipadora)...

Figura 2. Implementos e maquinas agrícolas utilizadas na instalação dos tabuleiros de irrigação.

3.5 Tamanho dos tabuleiros - Costumes locais, solo, topografia, infiltração... . - Variando normalmente em até 5,0 ha. Nesse caso recomenda-se até 0,5 ha (arenoso), até 1,1 ha (solo franco) e até 2,0 ha (solo argiloso). - Recomenda-se que as diferenças de altura entre as taipas a montante e a jusante do tabuleiro de irrigação devam ser inferiores a 2/3 da altura lâmina na superfície do solo (h) ou no máximo 20 cm de diferença. - As taipas mais comuns têm Borda livre de 5 a 20 cm, base da taipa de 120 cm e altura da taipa de 60 a 80 cm.

Tabela 1. Tamanho do tabuleiro em função da vazão e da textura do solo.

Textura Tamanho em função da vazão disponível Muito fina 0,08 ha por múltiplo de 10 l/s

Fina 0,04 ha por múltiplo de 10 l/s Média 0,03 ha por múltiplo de 10 l/s Grossa 0,01 ha por múltiplo de 10 l/s

6

- Uma forma simples de obtenção do tamanho usado, principalmente para se uma idéia da área do tabuleiro, é utilizando a equação 3, ao qual subtende-se que a taxa de aplicação de água fique em torno de 10 vezes a taxa de infiltração de água no solo.

VIB

QAt 0100⋅=

(3)

Onde: At = área do tabuleiro (m2); Q0 = vazão disponível para o tabuleiro (m3/h); VIB = Velocidade de infiltração básica (mm/h).

Exemplo: Q0 = 0,0278 m3/s e VIB = 0,005 m/h A vazão Q0 pode ser determinada pelo mesmo procedimento visto em irrigação por sulcos, sendo

que o espaçamento aqui é a própria largura do tabuleiro (contando-se com a taipa ou dique). A equação 4 é utilizada para determinação da vazão máxima não erosiva, recomendando-se a variação da Vmáx de 1 a 10 m/min.

7

323/13

3600

⋅⋅⋅=

WfCnVQ máx

máx

(4)

Onde: Qmáx = vazão máxima não erosiva (m3/min); Vmáx = velocidade de escoamento máxima (m/min); n = coeficiente de Manning (varia entre 0,01 a 0,4 para inundação); C = comprimento do tabuleiro (m); Wf = largura do tabuleiro (m).

3.6 Classificações da irrigação por inundação Irrigação contínua (água estagnada) ou permanente. Irrigação intermitente ou temporária;

4. Dimensionamento da irrigação por inundação permanente É o dimensionamento da irrigação por inundação mais simples dentre todos os outros sistemas irrigação por superfície. Consiste em determinar a quantidade de água necessária para saturar o solo e para a manutenção da laâmina de água acima da superfície do solo. Nesse caso, ocorre a necessidade de determinação dos parâmetros de redistribuição de água no solo como infiltração e condutividade hidráulica do solo. 4.1 Vazão necessária ao enchimento dos tabuleiros (Qe) por hectare do projeto

Considerando a condutividade hidráulica saturada do solo (K0) igual à VIB (velocidade de infiltração básica, encontrada nos teste de infiltração com o método dos cilindros infiltrômetros) podemos determinar a Qe pela equação 5. Essa Qe seria necessária para inundar um hectare do projeto em um dia:

TRTRVIBTRETchZQe )(10000 ⋅+⋅++⋅⋅= φ

(5) Onde:

Qe = vazão necessária para enchimento dos tabuleiros (m3/dia/ha); ø = porosidade total do solo (decimal); Z = profundidade do solo até uma camada de impedimento (m); h = lâmina média aplicada ou altura da água na superfície do solo (m); ETc = evapotranspiração da cultura (m dia-1);

7

TR = Turno de rega (dias); VIB = velocidade de infiltração básica (m/dia).

4.2 Número de tabuleiros (Nt)

At

ANt dis=

(6)

Onde: Adis = Área disponível total do projeto (ha). At = área do tabuleiro (ha);

4.3 Vazão de manutenção (Qm)

AtVIBETcQm ⋅+= )( (7)

Onde: Qm = em m3/dia. At = área do tabuleiro (m2);

4.4 Tempo de irrigação (Ti) em dias, para o calculo da eficiência de aplicação (Ea)

Para o calculo da eficiência de aplicação (item 6.c) é necessário a determinação do tempo de enchimento (Te). O tempo “Te” é determinado relacionando as vazões Qe (equação 5) e a vazão disponível (Qdis), ambas para um tabuleiro de irrigação, pois se sabe que a Qe é utilizada para um tempo “Te” igual a um dia.

TeQ

AthAtIRNTi

máx

+⋅⋅+⋅= )5,0()(

(8) Onde:

IRN = irrigação real necessária ou lâmina liquida requerida (m); At = área do tabuleiro (m2); h = lâmina média aplicada ou altura da água na superfície do solo (m); Te = Tempo de enchimento ou inundação (dias/tabuleiro); Qmáx = vazão máxima não erosiva ou de entrada (Q0) no tabuleiro (m3/dia).

5. Dimensionamento da irrigação por inundação temporária ou intermitente Nesse caso não existe a vazão “Qm”. Utiliza-se o mesmo procedimento realizado para inundação permanente, sendo que para o calculo de Ti (equação 8) usa-se o Tempo “Te” sendo igual ao tempo de avanço (Ta), que pode ser determinado pela metodologia da FAO. Com a vazão Qnes podemos verificar se a vazão disponível ao projeto é suficiente, sendo necessário o calculo da eficiência do sistema (E) como mostrado no item 6, posteriormente. Para o calculo de “Ha” usa-se a “Q0” no lugar da vazão “Qm”.

PIPOE

TRAETcQnes ⋅⋅

⋅⋅⋅= 78,2 (9)

Onde: Qnes = vazão necessária diária, em L/s; ETc = evapotranspiração da cultura, em mm dia-1; A = área do projeto, em hectares; TR = Turno de rega, em dias; PI = período de irrigação, em dias; E = eficiência do sistema (Ea . Ec), em decimal;

8

PO = período operacional por dia, em horas.

6. Eficiência do sistema (E) de irrigação por inundação Existem também três tipos a considerar. A Eficiência do sistema (E) é a Ec*Ea:

a) Eficiência de condução (Ec)

Ocorridas entre a captação de água e a entrada na parcela de irrigação.

100⋅=Vd

VaEc

(10) Onde:

Va = Volume de água aplicado na área de irrigação (m3); Vd = Volume de água derivada para irrigação (m3).

b) Eficiência de distribuição (Ed)

100⋅=Ha

HmEd

(11) Onde:

Hm = Lâmina mínima infiltrada (mm); Ha = Lâmina aplicada por irrigação (mm).

1000⋅⋅=At

TiQmHa

(12) Onde:

Qm = vazão aplicada no tabuleiro (m3/dia); Ti = tempo de irrigação (dia); At = área do tabuleiro (m2).

c) Eficiência de aplicação (Ea)

Percentagem de água total aplicada na irrigação que é útil as plantas.

100⋅=Ha

LouIRNEa req

(13) Onde:

Ea = em %. IRN = em mm.

Exemplo: Cultura do arroz; Ze = 40 cm; f = 0,40; área 10 ha (500m x 200m); ETc = 5,4 mm/dia. Fornecimento de água de uma barragem cuja vazão é de 0,100 m3/s., n = 0,04, Z = 80 cm e Vmáx = 5 m/min. Declividade de 0,1% (200m) e de 0,2% (500 m); VIB determinada depois de 16 horas de teste, solo com textura média; capacidade de campo 28% (base peso) e ponto de murcha permanente 8% (base peso), densidade do solo de 1,35 g/cm3 e de partículas de 2,7 g/cm3. Considerar uma diferença vertical entre os diques de 5,0 cm. Horas trabalhadas por dia = 8 horas. Utilize a equação de infiltração acumulada abaixo (Ia em mm e Tinf em min):

595,0inf11,1 TIa ⋅=

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7. Introdução a irrigação por faixas

Nesse sistema de irrigação, a água é aplicada na superfície do solo, por meio da energia potencial (força da gravidade) dentro de faixas de terrenos compreendidas entre diques ou grandes camalhões (taipas) paralelos com declividade zero ou praticamente zero. Estas faixas medem de 50 a 400 metros, tem uma declividade longitudinal de 2,0 % geralmente e a largura da faixa tem de 4 a 20 metros normalmente. Na Figura 3, se observa um esquema da irrigação por faixas.

Figura 3. Esquema mostrado a irrigação em faixas de terra com o abastecimento por sifões.

É um sistema que se adapta melhor para culturas de alta densidade de plantio (culturas que cobrem

toda área da faixa) e a solos de textura de média a fina. A declividade pode ser maior que na irrigação por inundação.

Normalmente a velocidade de avanço da água na faixa é função da largura, comprimento, vazão aplicada, declividade e da resistência ao movimento da lâmina d’água devido à cobertura vegetal. Construção dos diques; Permanentes – 1,00 a 1,20 m de base; Temporários – 0,6 a 0,8m de base. Na Figura 4 observam-se parcelas preparados com os camalhões instalados.

Figura 4. Parcela preparada para irrigação por faixas.

11

8. Características dos sistemas por faixas

8.1 Declividades a) No sentido transversal a declividade é praticamente nula ou quase nivelada (diferença de nível de no máximo de 2/5 da altura média da lâmina que se movimenta na faixa). b) No sentido longitudinal a declividade pode variar de 0,2 a 6% e no final da faixa será nula para acumular o excesso de água aplicada (próximo aos últimos 30 a 50 m ou a 3/4 do comprimento). Ex: Determine a largura da faixa quando a altura da lâmina que se movimenta pela faixa é igual a 8 cm e o declive transversal de 0,5%. Fazer também para 5 cm e 0,4%.

8.2 Largura

O declive na largura das faixas é praticamente nulo, sendo permissível para a recomendação acima. É também condicionada pela declividade do terreno e a largura da maquinaria que se utilize.

Existem na literatura algumas tabelas, com larguras recomendadas em função das declividades do terreno, que servem como referência para projeto (Tabela 2). Tabela 2. Larguras recomendadas de faixas em função das declividades

Declividade (%) Largura (m) Longitudinal

0,2 a 0,4 10 a 20 0,4 a 0,5 < 10

Transversal 0,0 a 0,1 20 0,1 a 0,2 < 12

> 0,2 6 a 8

8.3 Comprimento

As faixas devem ser as mais compridas possíveis. Varia entre 50 e 400 m. Na Tabela 3 verifica-se uma recomendação de comprimento e largura em função da declividade e textura do solo. Tabela 3. Comprimento e largura da faixa em função da lâmina, vazão, declividade e textura do solo.

Textura Declividade (%)

Vazão unitária L/s/m de largura

Lâmina a aplicar (mm)

Largura (m)

Comprimento (m)

Muito fina

0,15 a 0,6 3 a 4 100 a 150 5 a 18 150 a 300 0,6 a 1,5 2 a 3 100 a 150 5 a 6 150 a 400 1,5 a 4,0 1 a 2 100 a 150 5 a 6 200

Fina 0,15 a 0,6 6 a 8 50 a 100 5 a 18 90 a 180 0,6 a 1,5 4 a 6 50 a 100 5 a 6 100 a 200 1,5 a 4,0 2 a 4 50 a 100 5 a 6 100

Média 1,0 a 4,0 1 a 4 25 a 75 5 a 6 100 a 300

12

8.4 Lâminas e manejo da irrigação No caso da determinação das lâminas de irrigação, pode-se utilizar as mesmas equações para determinação da eficiência de aplicação, antes visto em irrigação por sulcos e por inundação. A diferença está no conceito de vazão unitária (qu) utilizado. A equação 15 nesse caso pode se utilizada em conjunto com a equação 14 para determinação da eficiência de aplicação, normalmente por simulação dos valores de comprimento principalmente.

LC

EaTqLreq ⋅

⋅⋅= (14)

Onde: Lreq – Lâmina líquida requerida, (m); q = vazão de entrada na faixa, (m3/s); T = Tempo de aplicação d’água, (s); Ea = eficiência de aplicação, (decimal); C = Comprimento da faixa, (m); L = Largura da faixa, (m).

Recomendações para aplicação da lâmina:

- Fazer um ou dois sulcos transversais no inicio da faixa. - A vazão, em geral, é cortada quando a frente de avanço atinge 2/3 a 3/4 do comprimento; Exemplo: Utilizando a lâmina líquida requerida de 50 mm determine a vazão (L/s), sendo a declividade no sentido transversal de 0,5 % e no sentido longitudinal de 2% (ver tabela 3). A altura da lâmina de água na faixa de irrigação deve ser de 7 cm, eficiência de aplicação de 60% e o tempo de irrigação de 4 horas.

9. Dimensionamento da irrigação por faixa Deve- então determinar a largura da faixa e simular os tempos de aplicação (T) para comprimentos de faixas submúltiplos dentro da área do projeto.

( )requ LhCTq +⋅=⋅ (15)

Onde: qu = Vazão unitária aplicada, (m3/s/m);

T = Tempo de aplicação d’água, (s); C = Comprimento da faixa, (m); Lreq – Lâmina líquida requerida, (m); h = altura média da lâmina sobre a faixa, (m).

Para tanto, se faz necessário determinar quais as vazões máximas e mínimas que podem ser aplicadas as faixas de irrigação, para no procedimento, verificar se a vazão disponível as faixas poderá ser utilizada. As equações 16, 17 e 18 podem ser utilizadas para o cálculo das vazões máximas e mínimas de acordo com o Boletim da FAO 45.

13

9.1 Vazão máxima

75,0

582,5

Iqmáx =

(16)

Onde: qmáx = Vazão máxima unitária aplicada quando se cultiva plantas de crescimento ereto, (L/s/m);

I = declividade no sentido do comprimento da faixa (%);

75,0

164,11

Iqmáx =

(17)

Onde: qmáx = Vazão máxima unitária aplicada quando se cultiva plantas de crescimento rasteiro, (L/s/m);

I = declividade no sentido do comprimento da faixa (%);

9.2 Vazão mínima

n

ICq

5,0

min

00195,0 ⋅⋅= (18)

Onde: qmín= vazão mínima unitária, L/s/m; C = comprimento da faixa, m; I = declividade ao longo da faixa, decimal; n = coeficiente de Manning, (tabelado).

Exemplo: Determine o tempo e a eficiência do sistema, considerando a vazão disponível total (qdis) de 0,03 m3/s, n = 0,04 , Lreq, h, declive e largura do exemplo anterior, e, comprimento da faixa de 100 m.