Drenagem Agricola

Drenagem Agricola

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Este material se constitui no principal apoio à condução da disciplina IT 134 – Drenagem, oferecida aos cursos de Agronomia e Engenharia Agrícola.

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Capítulo I: Estudos básicos 2

1.1 – Introdução 2 1.2 – Definições 2 1.3 – Objetivos da drenagem agrícola 3 1.4 – Classificação da drenagem agrícola 3 1.5 – Influência da drenagem deficiente nas propriedades físicas dos solos 4 1.6 – Propriedades físicas dos solos afetadas pelo excesso de água 4 1.6.1 – Aeração 4 1.6.2 – Estrutura 5 1.6.3 – Permeabilidade 5 1.6.4 – Textura 5 1.6.5 – Temperatura 5 1.7 – Efeitos da drenagem deficiente no desenvolvimento das culturas 6

1.7.1 – Sustentação 6 1.7.2 – Síntese de hormônios e matéria orgânica 6 1.7.3 – Absorção de água 6 1.7.4 – Absorção de minerais 6 1.8 – Profundidade ótima do lençol freático para cada cultura 7 1.9 – Critérios agronômicos de drenagem 9 1.9.1 – Critério de época de irrigação 9 1.9.2 – Critério de época de chuva 10 1.10 – Práticas agrícolas em solos mal drenados 10 1.1 – Capilaridade 1 1.1.1 – Determinação do valor da capilaridade 13 1.1.2 – Exemplo da determinação de G 14 1.12 - Estudos de permeabilidade dos solos 17 1.12.1 - Método do permeâmetro de carga constante 18 1.12.2 - Método do permeâmetro de carga variável 20 1.12.3 - Método do furo do trado ou do poço (Auger-Hole 2

1.12.3.1 - Determinação da condutividade hidráulica pelo método do poço, por meio do processo gráfico 25

Capítulo I: Necessidade de lixiviação em solos salinos 31

2.1- O problema de salinidade dos solos 31 2.2- Efeitos da salinidade do solo sobre o rendimento das culturas 32 2.3 - Diretrizes para interpretar a qualidade da água de irrigação 32 2.4 - Práticas culturais para atenuar os problemas de salinidade 3 2.5 – Determinação da lixiviação 3

Capítulo I: Hidrologia subterrânea 37

3.1 - Água freática e lençol freático 37 3.2 - Carga hidrostática 38 3.3 - Estratos e aqüíferos 39 3.4 - Escoamento através de estratos saturados 41

3.4.1- Escoamento horizontal através de um estrato: transmissividade 42

3.4.2 - Escoamento horizontal através de vários estratos: condutividade equivalente 43

3.4.3 - Escoamento vertical através de um estrato: resistência hidráulica 45

3.4.4 - Escoamento vertical através de vários estratos: permeabilidade equivalente 46

3.5 – Poços de observação do lençol freático 48 3.6 – Piezômetros 49 3.7 – Hidrógrafas 50 3.8 – Mapas freáticos 51 3.8.1 - Interpretação e aplicações dos mapas freáticos 52 3.8.1.1 - Direção do escoamento freático 52 3.8.1.2 - Gradiente hidráulico 53 3.8.1.3 - Depressões freáticas e zonas altas 53 3.8.1.4 - Influência de rios e correntes superficiais 54 3.8.1.5 - Interpretação dos mapas de variações de nível 54

Capítulo IV: Drenagem subterrânea 5

4.1 – Introdução 5 4.2 – Movimento de água para os drenos 5 4.3 – Espaçamento e profundidade dos drenos 56 4.3.1 – Método direto 57 4.3.2 – Teorias de drenagem – fórmulas empíricas 58 4.3.2.1 – Fórmulas de regime permanente 59 4.3.2.2 – Fórmulas de regime variável 67 4.3.2.3 – Dimensionamento dos drenos 82

Capítulo V: Drenagem superficial 85

5.1 – Introdução 85 5.2 – Controle de inundações de áreas agrícolas 85 5.3 – Vazão a eliminar 86 5.4 – Dimensionamento da seção de desaguamento 87

Capítulo VI: Projeto de um sistema de drenagem 93

Capítulo VII: Sistemas de drenagem 104

7.1 – Classificação dos sistemas 104 7.2 – Esquemas de implantação de uma rede de drenagem 104 7.3 – Materiais utilizados em drenagem subterrânea 108 7.4 – Estudos e informações necessárias à um projeto de drenagem 109

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1.1 – INTRODUÇÃO

Em uma área destinada à exploração agrícola, é necessário que, fundamentalmente, o solo possua um teor de umidade adequado à germinação e desenvolvimento das culturas. Desta forma, é necessário que se estabeleça e se mantenha um ótimo equilíbrio da relação água-oxigênio-sais na zona radicular, visando oferecer condições ideais de sobrevivência para as culturas. Se as chuvas da região não são suficientes, em épocas oportunas, para manter o solo com teores de umidade adequados, a irrigação é a técnica recomendada para suprir essa deficiência. Por outro lado, se o solo se mantiver com teores excessivos de umidade durante longos períodos, a adoção de um sistema de drenagem é a solução para o problema.

Em regiões irrigadas, em que são utilizadas águas com teores de sais, a drenagem é utilizada para controlar a elevação do lençol freático bem como eliminar a água de lixiviação, de modo a evitar a salinização do solo.

Os principais benefícios da drenagem agrícola são: incorporação de novas áreas à produção agrícola, aumento da produtividade agrícola, controle da salinidade do solo, recuperação de solos salinos e ou alcalinos, e saúde pública e animal.

1.2 – DEFINIÇÕES

Drenagem: sob o ponto de vista agrícola, é a remoção do excesso de água e sais do solo a uma razão que permita o crescimento normal das culturas.

Drenagem Adequada: é a drenagem necessária para se manter uma agricultura rentável e permanente na área. Isto não implica numa drenagem completa e perfeita, uma vez que o aspecto econômico tem que ser considerado.

Drenagem Natural: é aquela em que o solo em suas condições naturais tem capacidade para escoar a água que atinge a área, proveniente do escoamento superficial e sub-

DRENAGEM AGRÍCOLA 2 superficial de áreas altas, transbordamentos de rios, sub-pressões artesianas, excessos de água de irrigações e infiltrações provenientes de canais, mantendo o solo em condições adequadas de aeração para as culturas ali instaladas. Um diagnóstico bem efetuado, mostrará se o solo apresenta drenagem natural eficiente, ou se há necessidade da realização de drenagem artificial em complemento à drenagem natural do solo.

Drenagem Artificial: é aquela necessária quando a drenagem natural não é suficiente para eliminar os excessos de água. Desta forma, a drenagem artificial visa complementar a diferença entre a drenagem natural e a drenagem necessária ou adequada.

1.3 – OBJETIVOS DA DRENAGEM AGRÍCOLA

Em zonas áridas: tem como principal objetivo a manutenção do equilíbrio salino do solo, por meio da lixiviação do excesso de sais.

Em zonas úmidas: tem como objetivo o controle do nível do lençol freático, por meio da eliminação do excesso de água na superfície e no perfil do solo, visando garantir condições favoráveis de aeração, possibilitando, assim, o desenvolvimento adequado das culturas.

1.4 – CLASSIFICAÇÃO DA DRENAGEM AGRÍCOLA

De maneira geral, a drenagem agrícola é dividida em duas categorias: a drenagem superficial e a drenagem subterrânea ou subdrenagem.

A finalidade da drenagem superficial é a remoção do excesso de água proveniente do escoamento superficial, provocado por chuvas com intensidade superior à taxa de infiltração da água no solo. Já a subdrenagem visa o controle do nível do lençol freático, mantendo-o a uma profundidade adequada ao desenvolvimento das culturas.

1.5 – INFLUÊNCIA DA DRENAGEM DEFICIENTE NAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS

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Sob o ponto de vista agrícola, o solo é o produto da intemperização e fragmentação da crosta terrestre por meio de processos físicos, químicos e biológicos, sendo, portanto, um sistema heterogêneo, trifásico, disperso e poroso.

As proporções das três fases do solo, ou seja, sólida (matriz do solo), líquida (solução do solo) e gasosa (atmosfera do solo), variam continuamente e dependem das variáveis tempo, vegetação e manejo, dentre outras.

As condições ideais de um solo dependem do equilíbrio entre as fases líquida e gasosa. Quando a solução do solo começa a ocupar todo o espaço poroso, temos um problema de drenagem, ocasionando falta de oxigênio para o desenvolvimento das plantas. No caso da fase gasosa começar a ocupar o espaço da solução do solo, temos um problema de déficit hídrico, ocasionando deficiência de água para o desenvolvimento das plantas.

1.6 – PROPRIEDAES FÍSICAS DO SOLO AFETADAS PELO EXCESSO DE ÁGUA NO SOLO

Aeração é o processo pelo qual gases consumidos ou produzidos dentro do perfil do solo, são permutados pelos gases da atmosfera externa, sendo assim um processo dinâmico.

A simples ocorrência da fase gasosa no solo não implica necessariamente que este solo tem aeração adequada. A fase gasosa é necessária para existir aeração, mas isoladamente não é suficiente, pois a aeração é dinâmica e, portanto, deve existir troca de gases entre a atmosfera interna e externa do solo. Essa troca de gases se dá por meio de dois mecanismos: difusão (movimento dos gases em resposta ao gradiente de pressão parcial ou do gradiente de concentração dos gases) e fluxo de massa (movimento dos gases em resposta ao gradiente de pressão total dos gases).

Desta forma, solos com excesso de água, provocam interferência no processo de aeração, fazendo com que esta troca de gases do solo para a atmosfera e vice-versa, seja alterada.

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A drenagem deficiente pode alterar a estrutura do solo devido à compactação ocasionada pelo tráfego de máquinas e animais, redução da quantidade de matéria orgânica devido ao pequeno desenvolvimento do sistema radicular das plantas e salinização do solo.

1.6.3 – Permeabilidade

Em áreas drenadas, a variação da umidade provoca rachaduras no solo, maior profundidade do sistema radicular, como também maior atividade microbiana e, como consequência, maior permeabilidade.

Áreas com problema de drenagem, tem maior predominância de silte e argila, em decorrência das deposições nas estações chuvosas.

1.6.5 – Temperatura

Nos solos encharcados, ocorre o aquecimento retardado em função dos seguintes fatores:

a – o calor específico da água é cinco vezes maior do que a matriz seca do solo.

Consequentemente, para uma mesma radiação solar incidente, o solo com água demora mais a aquecer que um solo seco; b – a condutividade térmica da água é maior que a do solo seco. Em consequência, o aquecimento superficial durante o dia é rapidamente propagado para as camadas inferiores do solo durante a noite, reduzindo a sua temperatura; c – em decorrência da evaporação superficial, em solos úmidos, a água é facilmente desprendida da matriz, necessitando, portanto, de menor aquecimento do solo para a retirada de água.

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1.7 – EFEITOS DA DRENAGEM DEFICIENTE NO DESENVOLVIMENTO DAS CULTURAS

1.7.1 – Sustentação

Locais com lençol freático alto, fazem com que as culturas tenham sistema radicular raso, ficando sujeitas a tombamento. Além disto, como a área do solo ocupada pela planta é pequena, ocorre com muita rapidez o déficit hídrico, por ocasião de um veranico, que causa rapidamente um rebaixamento do lençol freático.

1.7.2 – Síntese de hormônios e matéria orgânica

Alguns hormônios de crescimento, são sintetizados pelas células dos tecidos do sistema radicular. Com drenagem deficiente, os hormônios não são produzidos ou são produzidos deficientemente.

1.7.3 – Absorção de água

O excesso de água no solo causa pouco arejamento, reduzindo indiretamente a absorção de água, em virtude da diminuição do tamanho do sistema radicular. Além disto, causa decréscimo da permeabilidade das raízes, reduzindo diretamente a absorção de água. Isto ocorre devido ao aumento da concentração de CO2 em decorrência da deficiência de O2, causando um endurecimento das paredes das raízes e diminuindo a permeabilidade.

1.7.4 – Absorção de minerais

Tanto a acumulação de sais no vacúolo das células da raiz quanto o seu transporte para a parte aérea (xilema), consomem energia que é liberada na respiração aeróbica. Portanto, a absorção e o transporte de nutrientes ficam altamente comprometidos quando o arejamento do solo é deficiente. Além disto, a maior concentração de CO2 reduz a permeabilidade dos tecidos da raiz, reduzindo, conseqüentemente, a absorção de minerais.

1.8 – PROFUNDIDADE ÓTIMA DO LENÇOL FREÁTICO PARA CADA CULTURA

Este parâmetro é de fundamental importância para um projeto de drenagem, uma vez que é em função dele que se determina a profundidade que os drenos deverão ter Consequentemente, o espaçamento e a seção de escoamento dos drenos, também ficam na sua dependência, uma vez que todos estes parâmetros são interdependentes.

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A presença do lençol freático próximo à zona radicular das culturas, distingue duas situações:

a – áreas em que parte das necessidades hídricas das culturas são satisfeitas, mesmo que parcialmente, pela ascensão capilar procedente do lençol freático. Esta situação é comum em países ou regiões úmidas que não tem irrigação. Nestes casos, uma profundidade excessiva do lençol, embora tendo um efeito favorável à aeração do solo, pode provocar escassez de água na zona radicular. Além disto, a água freática deve ser de boa qualidade; b – áreas que não utilizam água de ascensão capilar do lençol freático, mesmo existindo uma certa deficiência hídrica, pois a contribuição da água do lençol seria prejudicial, em virtude do acúmulo de sais na zona radicular. Esta situação é comum em regiões de clima árido e semi-árido, onde o lençol freático comumente tem água com elevado teor de sais. Nestes casos, deve-se manter o lençol freático mais profundo através da drenagem para evitar a elevação de sais para a parte superior do solo.

Sob o ponto de vista técnico, a profundidade ótima do lençol freático é aquela que não causa diminuição da produção das culturas. Entretanto, na maioria dos casos, a instalação de uma drenagem que assegure esta profundidade é antieconômica. Desta forma, prefere-se que o rendimento das culturas não alcance o máximo, porém que o sistema seja mais econômico.

Em resumo, a profundidade ótima do lençol freático, é aquela que proporciona a menor relação custo-benefício. Mas, esta conclusão é extremamente relativa, porque, na realidade, não há disponibilidade de dados suficientes que permitam o conhecimento da redução de produtividade das culturas causada pelos diferentes níveis do lençol freático, uma vez que existem vários parâmetros tais como preço de mercado na época de colheita e custo de produção, que são difíceis de serem previstos. Ainda, os custos das obras de drenagem são variáveis de um local para outro, tanto o de aluguel de máquinas e implementos quanto dos materiais utilizados nos drenos. Dificilmente a profundidade tecnicamente ótima coincidirá com a convenientemente econômica. A Tabela 1 apresenta a profundidade do sistema radicular de algumas culturas.

Tabela 1 - Profundidade das raízes para algumas culturas (cm)

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Culturas Zona de ramificação densa

Zona de ramificação moderada

Profundidade

Extrema

Uva 75 Fonte: PIZARRO, F. Drenaje Agricola y Recuperación de Suelos Salinos.

1.9 – CRITÉRIOS AGRONÔMICOS DE DRENAGEM

Vimos, anteriormente, que a profundidade ótima do lençol freático é dependente do sistema radicular e das características de cada cultura. Entretanto, na prática, o lençol freático não se mantém estático, uma vez que após uma chuva ou irrigação ele se ascenderá e depois descenderá. Este fato condiciona as necessidades de drenagem das culturas em termos dinâmicos, estabelecendo critérios agronômicos que servirão de base para o dimensionamento de projetos de drenagem. Mais adiante, serão estudadas as aplicações desses critérios no dimensionamento de uma rede de drenagem. No presente tópico, veremos unicamente o que são estes critérios.

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