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OS MÉTODOS DE IRRIGAÇÃO
José Antônio Frizzone – ESALQ/USP. 2017 frizzone@usp.br Departamento de Engenharia de Biossistemas Notas de Aula da disciplina LEB 1571 - Irrigação Curso de Graduação em Engenharia Agronômica – ESALQ/USP Piracicaba – SP
INTRODUÇÃO
Existem, basicamente, quatro métodos de irrigação: (a) irrigação por aspersão – a aplicação da água ao solo resulta da subdivisão de um jato d’água lançado sob pressão no ar atmosférico, através de simples orifícios ou de bocais de aspersores; (b) microirrigação, ou irrigação localizada – a aplicação da água é feita por emissores que operam sob pressão e localizam o volume de água necessário nas áreas de interesse; (c) irrigação por superfície – utilizam a superfície do solo para conduzir a água que deve ser aplicada à área a ser irrigada; e (d) irrigação subterrânea – consiste na aplicação de água ao subsolo pela formação de um lençol freático de água artificial ou pelo controle de um natural, mantendo-o a uma profundidade conveniente, capaz de proporcionar um fluxo satisfatório de água à zona radicular da cultura, satisfazendo as suas necessidades no processo de evapotranspiração. Como se observa, a irrigação por aspersão e a microirrigação são métodos pressurizados e a irrigação por superfície e a subterrânea são métodos não pressurizados. A agricultura irrigada se desenvolve nas mais diferentes condições de meio físico, atendendo a uma grande variedade de culturas e de interesses sociais e econômicos, de forma que não é possível existir um único sistema de irrigação ideal, capaz de atender da melhor maneira a todas as condições e objetivos envolvidos. Em consequência, deve-se selecionar o sistema de irrigação mais adequado a cada condição em particular, considerando-se os interesses envolvidos. O processo de seleção deve ser baseado em uma criteriosa análise das condições presentes, em função das exigências de cada sistema de irrigação. Neste capítulo, serão apresentados e discutidos os principais métodos de irrigação, suas características, variações e aplicações visando os critérios básicos para seleção dos sistemas.
IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO
A irrigação por aspersão se desenvolveu, principalmente, após a segunda guerra mundial, com a produção de tubos de alumínio, leves, e sistemas de acoplamentos rápidos, facilitando o transporte manual, a operação e o manejo dos equipamentos no campo. Foram, também, desenvolvidos aspersores de diferentes tipos e tamanhos. Os primeiros sistemas de aspersão introduzidos no mercado foram os portáteis, cujas tubulações eram deslocadas manualmente na área irrigada, com aspersores rotativos de impacto. Posteriormente, surgiram os sistemas com linhas laterais rolantes. Com o objetivo de economizar mão-de-obra e aumentar a eficiência de irrigação surgiram os sistemas fixos. Estes eram utilizados em culturas de alto valor econômico. Quando instalados em pomares de citros, geralmente consistiam de laterais de plástico, instaladas entre fileiras de árvores, usando-se aspersores pequenos e de baixa vazão. Mais tarde foram desenvolvidos aspersores gigantes, montados sobre bases móveis, utilizados para facilitar a cobertura de grandes áreas, em particular aquelas que deveriam receber irrigação complementar. Outros equipamentos móveis, requerendo pouca de mão-de-
obra, foram desenvolvidos nas décadas de 60 e 70 e, ao mesmo tempo, vários níveis de automação foram introduzidos nos sistemas. A forma mais simples de automação consistiu no uso de válvulas volumétricas, projetadas para permitir a passagem de um determinado volume de água, após o que se fechavam automaticamente. Nos níveis mais avançados, as válvulas operavam em uma determinada sequência. Mais sofisticado foi o uso de unidades de controle eletrônico no campo para abrir e fechar válvulas, de acordo com um esquema pré-estabelecido. Ainda, em sistemas mais avançados, vários campos podem ser irrigados ao se conectarem as unidades operacionais de irrigação a uma unidade de comando central, controlada por computador. Muitos sistemas de aspersão utilizados no Brasil ainda são do tipo convencional portátil. Entretanto, em áreas maiores e com o objetivo de minimizar o emprego de mão-de-obra na irrigação, tem crescido a utilização de sistemas mecanizados, particularmente o pivô central, com níveis variados de automação. Os sistemas de aspersão podem ser classificados em dois grupos principais: sistemas convencionais e sistemas mecanizados. Cada um pode ser subdividido em diferentes tipos, conforme apresentado a seguir.
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE ASPERSÃO
Os sistemas de aspersão em geral são classificados em dois grupos principais: sistemas convencionais e sistemas mecanizados. Cada um pode ser subdividido em diferentes tipos, conforme se apresenta a seguir.
SISTEMAS CONVENCIONAIS
Os sistemas convencionais de irrigação por aspersão podem ser apresentados em diferentes tipos. De forma geral, são constituídos por linhas principal, secundárias e laterais e, sobre estas, são acoplados os aspersores. As linhas secundárias muitas vezes são dispensáveis. Dependendo da mobilidade das tubulações na área irrigada, esses sistemas podem ser subdivididos em:
Fixos permanentes – Figura 1 – apresentam as tubulações enterradas e apenas as hastes dos aspersores e dos registros permanecem à superfície do terreno. São sistemas de alto custo inicial, justificando-se apenas para irrigação de pequenas áreas, culturas de alto valor econômico, como flores e produção de sementes, e em locais onde a mão-de-obra é escassa e/ou cara. São sistemas bem adaptados a condições de solo arenoso, com baixa capacidade de retenção de água e climas com alta demanda evaporativa. São também usados para irrigação de jardins e gramados, utilizando-se aspersores escamoteáveis.
Figura 1 – Sistema de irrigação por aspersão convencional fixo permanente
Figura 4 – Sistema de irrigação por aspersão com fitas de polietileno perfuradas a laser
Portáteis – todas as linhas que compõem o sistema são móveis, fabricadas de material leve como alumínio e PVC, e deslocam progressivamente na área irrigada. Até mesmo a unidade de bombeamento pode ser deslocada. São casos típicos em que se procura substituir o custo inicial de aquisição do equipamento por custo operacional, em função da maior quantidade de mão-de-obra requerida no deslocamento das tubulações. São normalmente projetados com até quatro linhas laterais operando simultaneamente. O sistema deve ser capaz de irrigar toda área em um tempo igual ou inferior ao turno de rega projetado. Em cada posição o sistema deverá operar por um tempo suficiente para aplicar a lâmina bruta de irrigação, o que dependerá da intensidade de aplicação de água dos aspersores. Para minimizar seu custo, o sistema é projetado para um tempo diário de operação de até 18 horas. Quanto mais contínuo for o tempo de operação menor será o custo por unidade de área.
SISTEMAS MECANIZADOS
A princípio, foram desenvolvidos com o objetivo de reduzir o emprego da mão-de-obra na movimentação das canalizações, sendo o alto custo desta e a carência de pessoal habilitado os principais motivos do surgimento desses sistemas. Os mecanismos utilizados para a movimentação dos equipamentos podem ser hidráulicos, como as turbinas e pistões hidráulicos, que utilizam como fonte de energia a própria pressão da água fornecida pela motobomba, ou então mecanismos elétricos. Até mesmo o trator agrícola é utilizado para mudanças de posição de operação. São fabricados diversos tipos de sistemas mecanizados de irrigação por aspersão. Alguns deles são apresentados a seguir.
Linhas laterais autopropelidas - constituem os sistemas mecanizados em que a linha lateral, contendo os aspersores, é dotada de mecanismos propulsores que asseguram sua movimentação contínua ou intermitente na área irrigada. Os sistemas dotados de movimentação contínua podem ser classificados de acordo com a direção do deslocamento da seguinte forma:
(a) sistema com deslocamento linear e movimentação contínua (sistema linear) - Figura 5 - A linha lateral encontra-se suspensa, suportada por estruturas metálicas denominadas torres de sustentação, apresentando rodas pneumáticas em cada torre, responsáveis pelo deslocamento do sistema. A velocidade de deslocamento é variável em função da lâmina de água necessária à irrigação. Todas as torres devem se deslocar à mesma velocidade e o suprimento de água à linha de aspersores é realizada através de mangueiras flexíveis conectadas a hidrantes ou canais dispostos à margem da área irrigada ou, de preferência, na linha central desta.
Figura 5 – Sistema mecanizado de aspersão com deslocamento linear contínuo
(b) sistema com deslocamento linear com movimentação intermitente (Lateral rolante ou rolão) – Figura 6 – É constituído basicamente por uma linha lateral contendo os aspersores, operando como um eixo com rodas metálicas regularmente espaçadas. Na parte central dessa linha suportada por rodas, encontra-se a unidade propulsora, geralmente constituída por um motor a gasolina com potência entre 5 e 7 CV, um sistema redutor composto de engrenagens e um sistema de transmissão por correntes. Esta unidade transmite um movimento de rotação uniforme à tubulação, operando como um eixo fixo às rodas de sustentação, proporcionando o deslocamento do sistema. Os aspersores estão conectados a um sistema de haste especial, de forma a mantê-los sempre em posição horizontal. Uma mangueira flexível faz a conexão da extremidade da linha lateral a um hidrante. O sistema permanece estacionado durante irrigação. Terminada a aplicação de água, o sistema é automaticamente drenado, podendo ser deslocado para a próxima posição.
Figura 6 – Sistema mecanizado de aspersão com deslocamento linear intermitente
(c) sistema com deslocamento radial (sistema pivô central) – Apresenta movimento radial, resultante de tempos diferenciais de operação das sucessivas torres que compõem o sistema. A velocidade de deslocamento da última torre é que determina a grandeza da lâmina de água a ser aplicada. O suprimento de água à linha lateral, contendo os aspersores, é realizado através do ponto central da área circular irrigada, tornando o sistema muito apropriado à presença de um poço artesiano nesse local. Caso contrário, a água deve ser conduzida sob pressão através de uma tubulação adutora, até o ponto do pivô. O sistema pivô central pode ser fixo ou rebocável (Figura 7). Os sistemas pivô central e linear podem ser equipados com diferentes tipos de emissores, por exemplo, emissores convencionais fixos ou oscilantes com placas estriadas simples, duplas
kPa e o setor angular de cobertura superior a 180o. Atualmente, os equipamentos mais comuns no mercado são aparelhos tracionados por mangueira (Figura 9). Em uma extremidade, montado sobre um carrinho provido de rodas, é posicionado o aspersor. A mangueira flexível, resistente à pressão, tração e atrito com a superfície do solo, faz a conexão entre o aspersor e os hidrantes. A água sob pressão aciona o sistema de propulsão (turbina hidráulica), promovendo o enrolamento da mangueira em um tambor (diâmetro de aproximadamente 20 vezes o diâmetro do tubo). Os primeiros sistemas fabricados no Brasil eram tracionados a cabo. O aspersor autopropelido se aplica a cultura de diferentes portes, sendo muito utilizado para irrigação de cana-de-açúcar, milho e café.
Figura 9 – Aspersor canhão tracionado por carretel enrolador
Existem, também, os sistemas em que o aspersor canhão é substituído por longos braços tubulares, providos de aspersores regularmente espaçados, montados em uma estrutura metálica com rodas e mantidos por tirantes fixos na estrutura metálica central, com rodas para o deslocamento por tração (Figura 10). Estes sistemas são muitas vezes conhecidos como barra irrigadora. Os aspersores operam a pressões inferiores a 300 kPa. A barra irrigadora se adapta a um grande número de culturas de porte relativamente baixo, a terrenos razoavelmente planos e movimenta-se com velocidade variável em função da quantidade de água que se deseja aplicar.
Figura 10 – Barra irrigadora tracionada por carretel enrolador
Montagem direta – (Figura 11) - é um sistema frequentemente utilizado em áreas canavieiras para a distribuição de efluentes originários de destilarias de álcool (vinhaça) em áreas cultivadas com cana-de-açúcar. Caracteriza-se por apresentar uma unidade móvel de
bombeamento, acionada por um motor de combustão interna e um canhão hidráulico, que pode estar instalado na mesma unidade móvel, ou então, na extremidade de uma tubulação, geralmente de alumínio, com 60 a 90 m de comprimento. O suprimento de efluente ao sistema é feito através de canais estrategicamente localizados nas áreas de aplicação.
Figura 11 – Aspersor canhão montado sobre uma unidade móvel de bombeamento
ADAPTABILIDADE DA IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO
A irrigação por aspersão adapta-se a maioria dos cultivos e a quase todos os solos irrigáveis porque os aspersores tem uma ampla gama de características e de capacidades. Com os aspersores dispostos em espaçamentos apropriados nos sistemas estacionários, a água pode ser aplicada com qualquer intensidade, desde um mínimo de 3 mm h-1, o que permite o uso da aspersão em solos de textura fina e com baixa taxa de infiltração. Os sistemas estacionários são adequados tanto para irrigações frequentes, diárias ou quase diárias, no caso de solo com muito baixa capacidade de armazenamento de água e cultivos com raízes pouco profundas, como a irrigações com grandes lâminas de água e baixa frequência. Os sistemas com laterais móveis de adaptam particularmente a irrigações de alta frequência, mas, quando a permeabilidade do solo e taxa de infiltração é baixa, provoca escoamento superficial. A flexibilidade dos equipamentos de aspersão, inclusive para o controle da aplicação de água, faz que sua aplicabilidade seja quase universal para a maior parte das condições topográficas e climáticas. Entretanto, as altas temperaturas e grandes velocidades de vento, associadas à baixa umidade do ar, resultam perdas de água por evaporação e arraste pelo vento e problemas de toxicidade quanto a água contém elevadas concentrações de sais dissolvidos (PEREIRA, et al., 2010). Também interfere um pouco com os tratos fitossanitários, especialmente com pulverizações e polvilhamento, por lavar a parte aérea da cultura. Quanto ao tipo de cultura e sua altura, é necessário selecionar o tipo e a altura do aspersor mais conveniente. A irrigação por aspersão dispensa a preparação da superfície do solo (nivelamento e sistematização) necessária à irrigação por superfície, adaptando-se bem a terrenos com declives mais acentuados e superfícies desuniformes. A aspersão é, geralmente, mais usada em terrenos de encosta, terraços e nos platôs mais elevados. Com mais facilidade, é possível projetar e operar um sistema de aspersão com a intensidade de aplicação de água adequada à capacidade de infiltração do solo e ao declive do terreno, reduzindo os riscos de escoamento e consequente erosão do solo, em geral mais elevados em irrigação por superfície. Uma grande parte dos especialistas em irrigação é de opinião que a economia de água permitida pela irrigação por aspersão, relativamente aos sistemas de irrigação por superfície, é da ordem de 50 %. Outros especialistas, menos otimistas, referem-se apenas 15 % a 30 %. Em consequência disso, a eficiência de irrigação (relação entre a quantidade de água efetivamente
água de irrigação; (e) suprir diretamente a parte mais eficiente do sistema radicular com nutrientes; (f) economizar água pela redução da evaporação direta do solo, escoamento superficial e percolação profunda (BISCONER, 2011).
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE MICROIRRIGAÇÃO
Os sistemas de microirrigação podem ser classificados de acordo com um critério de vazão: sistemas de alta vazão (16 a 150 l/h) e de baixa vazão (inferior a 16 l/h). Como vazão limite aceita-se o valor de 16 l/h, conforme estabelecido pelas normas ISO. Trata-se de um valor arbitrário, mas que na prática serve para distinguir os sistemas de microirrigação. Os sistemas de alta vazão incluem os por microaspersão e por difusão, e os de baixa vazão, o gotejamento que pode ser do tipo superficial e subsuperficial. Denomina-se microaspersão quando se utilizam emissores que possuem elemento giratório para a distribuição da água e difusão quando os emissores não possuem elemento giratório. A distinção entre microaspersor e difusor não é relevante para efeitos hidráulicos. Às vezes emprega-se o termo miniaspersor para emissores com vazão superior a 150 l/h, porém sem atingir a vazão dos aspersores convencionais. O termo emissor é utilizado num sentido amplo, referindo-se aos microaspersores, difusores e aos diferentes tipos de gotejadores.
Microaspersão – Figura 12 - os emissores de água (microsapersores) possuem algum tipo de elemento giratório que distribui a água, acionado pela própria pressão desta, ou algum tipo de placa difusora fixa (difusores) para pulverizar e distribuir a água. Os sistemas de microaspersão surgiram como uma alternativa aos de gotejamento, com o objetivo de aumentar a área molhada por um emissor, o que é desejável para solos muito permeáveis. Em solos arenosos e na irrigação de cultivos arbóreos a utilização microaspersores é, em geral, mais vantajosa que a de gotejadores, além do que são menos susceptíveis à obstrução e menos exigentes em filtragem da água. Entretanto operam a pressões e vazões maiores (100 kPa a 250 kPa; 30 L h- a 300 L h-1) e, portanto, aumentam o consumo de energia em relação aos gotejadores. Nos sistemas que utilizam emissores autocompensados, tanto na microaspersão como no gotejamento, o consumo de energia é aumentado.
Figura 12 – Sistema de microaspersão utilizando difusor
Gotejamento – Figura 13 - com relação aos sistemas de baixa vazão, a terminologia atual é pouco clara e, por isso, muitos autores englobam as diferentes variações sob a denominação geral de irrigação por gotejamento, incluindo os sistemas que utilizam tubos gotejadores (com gotejadores integrados ou formados no tubo), microtubos, cintas de exudação e os gotejadores conectados sobre o tubo. Os gotejadores são dispositivos projetados para dissipar a energia de pressão da água e aplicar uniformemente pequenas vazões na forma de gotas
(geralmente inferior a 12 L h-1^ por unidade ou, para linha emissora, com vazão não superior a 12 L h-1^ por metro de linha lateral). Existem duas categorias gerais de linhas laterais de gotejamento: as fitas emissoras e os tubos emissores, ambos de polietileno. Fitas são tubos colapsáveis, de parede fina, com emissores tipo labirinto ou orifício, integrados à parede interna do tubo ou estampados internamente na costura do tubo e operam a baixa pressão. Já os tubos emissores são mais rígidos e mais caros do que as fitas, têm paredes mais espessas e os emissores podem ou não ser pré-instalados (EVANS; WU; SMAJSTRALA, 2007).
Figura 13 – Sistema de gotejamento
ADAPTABILIDADE DA MICROIRRIGAÇÃO
Devido à flexibilidade do método de microirrigação este oferece grande potencial para irrigação de precisão, com elevado nível de manejo. Pode adaptar-se a diversas condições de cultivo, clima, topografia e solos, permitindo a expansão da produção vegetal em áreas irrigadas com restrições de solo (solos arenosos com altas taxas de infiltração ou solos argilosos com baixas taxas de infiltração) e de água (qualidade e disponibilidade), onde não poderiam ser usados outros métodos de irrigação. Este método possui poucas restrições de uso na maioria das culturas agrícolas, embora seja mais apropriado para culturas de alto valor econômico, como em horticultura e fruticultura, em plantas ornamentais, cultivos perenes e cultivos em ambiente protegido (BISCONER, 2011; HOBBS, 2011). As aplicações mais comuns da microirrigação consistem na irrigação de plantas frutíferas (maçã, pera, uvas de mesa e vinho, pêssego, damasco, ameixa, laranja, limão, pomelo, abacate, manga, cereja, mamão, figo, banana, coco etc); plantas hortícolas (tomate, pimenta, pimentão, couve-flor, berinjela, pepino, alface, melão, ervilha, aspargo, alcachofra, morango etc.); plantas ornamentais e flores (rosa, cravo, gladíolos, cactáceas etc.), cultura extensivas de campo (algodão, milho, feijão, trigo, alfafa, batata, café, cana-de-açúcar etc.). Os requisitos para projeto e manejo em áreas úmidas podem ser diferentes daqueles para zonas áridas e a tecnologia e as técnicas adequadas a uma área não são apropriadas para outra. Como todos os outros métodos de irrigação, a microirrigação não é o método mais adequado para todas as culturas, situações de terreno, objetivos do usuário e condições sociais e econômicas. O uso da microirrigação vem aumentando rapidamente em todo o mundo, principalmente pela ocupação de áreas anteriormente irrigadas por sistemas de irrigação por superfície. Com o aumento da demanda produtiva, competitividade dos setores de produção, limitação de recursos hídricos e necessidade de minimizar os impactos ambientais da irrigação a tecnologia de microirrigação desempenha um papel importante na produção agrícola. Além de fornecer benefícios agronômicos quanto à produção agrícola e à conservação de água, possibilita a incorporação de novas tecnologias, como o reuso de efluentes agrícolas e industriais.
tubulações e pressão, este sistema apresenta menor custo de implantação e operação do que os sistemas pressurizados (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2009).
Figura 14 – Sistema de irrigação por sulcos retilíneos com gradiente
Figura 15 – Sistema de irrigação por sulcos retilíneos em nível
Figura 16 – Sistema de irrigação por sulcos com gradiente em contorno
Na irrigação por sulcos, em relação aos demais sistemas de irrigação por superfície, a vazão aplicada por unidade de largura pode ser reduzida substancialmente e há maior tolerância às condições topográficas adversas. A menor área molhada possibilita a redução das perdas de água por evaporação em culturas com maior espaçamento. Por exemplo, em pomares, a irrigação por sulcos pode ser considerada como uma forma de irrigação localizada
(SCALOPPI, 1986), pois é possível molhar somente uma fração da superfície do terreno (30 a 80%). Por possibilitar a redução da área molhada, permite cultivar o solo e realizar colheitas logo após as irrigações. Este sistema de irrigação exige, em geral, mais mão-de-obra por unidade de área que os sistemas pressurizados e experiência profissional do irrigante para distribuir a água do canal secundário para os sulcos e controlar a vazão durante a irrigação. Por outro lado, a flexibilidade operacional desse sistema permite elevar a eficiência de irrigação, por possibilitar o ajuste da vazão aplicada às variações da taxa de infiltração do solo durante um evento de irrigação e entre irrigações. Os sistemas com derivação de água automatizada permitem a redução da mão-de-obra, melhoram a flexibilidade operacional e permitem a obtenção de maior eficiência de aplicação de água na parcela.
Figura 17 – Sistema de irrigação com sulcos em corrugação
O sistema de irrigação por sulcos adapta-se à maioria das culturas, principalmente às cultivadas em fileiras, tais como olerícolas, milho, feijão, algodão, batata, trigo, pomares etc. Os sulcos retilíneos apresentam melhor capacidade para o manejo da irrigação em relação aos demais sistemas de irrigação por superfície, possibilitando a obtenção de melhores índices de desempenho do sistema. Exigem, entretanto, terrenos bem sistematizados. A irrigação por sulcos em solos salinos ou com água salina requer cuidados especiais, podendo resultar graves problemas quando o manejo não for apropriado (BERNARDO, SOARES; MANTOVANI, 2008). Os sais solúveis movimentam-se com a frente de molhamento concentrando-se nos pontos mais elevados da superfície do solo, prejudicando a germinação das sementes e as plantas sensíveis à salinidade. Técnicas de construção dos sulcos e de plantio podem minimizar o problema, como: construir sulcos com os bordos pouco inclinados e formando um pequeno dique no meio do canteiro, entre dois sulcos adjacentes, com plantio realizado na face lateral do sulco, próximo à água, pois o sal se concentrará no dique.
Irrigação por inundação – Consiste da inundação total por contenção da água na superfície do solo. A aplicação de água é feita por meio de bacias ou tabuleiros, que são áreas quase planas, de tamanho variado desde 1 m^2 , usados na irrigação de vegetais ou frutíferas (Figura 18), até áreas maiores que 5 ha, usados na irrigação do arroz em solos planos e argilosos de formato retangular (Figura 19) ou em contorno (Figura 20). Estas áreas são margeadas por pequenos diques ou taipas para prevenir a perda de água. Exige sistematização mais rigorosa da área, construção de redes de canais para distribuição da água e um sistema de drenagem eficiente. Com manejo intermitente da lâmina d’água, adapta-se a diferentes culturas (PEREIRA, et al., 2010), como por exemplo, cebola, pomares, milho, pastagens, forrageiras etc. Utilizando-se inundação constante ou contínua, durante grande parte do ciclo da cultura, constitui-se no principal sistema para irrigação do arroz. Este sistema de irrigação não deve ser
Os tabuleiros podem ser retangulares ou em contorno. Geralmente, os tabuleiros em contorno são utilizados em terrenos com topografia mais desfavorável para evitar grande movimentação de terra com a sistematização do terreno, pois, neste caso, exige-se apenas a uniformização da superfície do terreno. Para se obter alta uniformidade e eficiência de irrigação o principal requisito é ter uma perfeita sistematização da superfície do terreno (BERNARDO, SOARES; MANTOVANI, 2008). Os tabuleiros retangulares são áreas planas, limitadas por diques retilíneos e exigem terrenos sistematizados, com pequena declividade. Em terrenos com declividade natural inferior a 2 % não exigem muita movimentação de terra no processo de sistematização, entretanto, em terrenos com declividade natural superior a 2 % a sistematização exige muita movimentação de terra ou, caso contrário, o tamanho dos tabuleiros torna-se muito pequeno.
Irrigação por faixas – Consiste da inundação total por condução da água na superfície do solo, por um tempo suficiente para aplicar a quantidade de água necessária à irrigação (PEREIRA, et al., 2010). As faixas podem ser construídas em nível ou com gradiente longitudinal, delimitadas por diques paralelos (Figura 21). A declividade transversal deve ser nula. As faixas em nível não possuem drenagem livre e são semelhantes aos tabuleiros de inundação, quando há necessidade de manter uma lâmina de água sobre a superfície do solo.
Figura 21 – Sistema de irrigação por faixas
As faixas com gradiente, geralmente possuem um declive na direção do escoamento entre 0,05 e 2%. O bom desempenho desse sistema depende, em grande parte, da qualidade da sistematização do terreno. Este sistema de irrigação se adapta melhor a culturas que cobrem totalmente a superfície do solo, como pastagens, alfafa, capineiras e algumas culturas em fileiras (BERNARDO, SOARES; MANTOVANI, 2008). Exige vazões relativamente grandes e adapta-se melhor em solos de textura média, podendo também ser utilizado em solos argilosos cultivados com culturas de sistema radicular pouco profundo. Como na irrigação por sulcos, a capacidade de infiltração do solo é fator muito importante na irrigação por faixas, mais do que na irrigação por inundação, determinando o tamanho das faixas.
ADAPTABILIDADE DA IRRIGAÇÃO POR SUPERFÍCIE
Os sistemas de irrigação por superfície podem ser muito eficientes em consumo de energia, pois não há necessidade de energia para distribuir a água na parcela irrigada. Alguma energia é necessária para a sistematização do terreno e para formação das parcelas de irrigação (sulcos, faixas, tabuleiros). Geralmente algum bombeamento também é necessário para elevar a água até algum ponto na área a ser irrigada. Os sistemas que reutilizam a água
escoada no final das parcelas requerem bombeamento. Quando se exige bombeamento, a economia de energia deve ser assegurada pelo aumento da eficiência de irrigação. Alta eficiência de irrigação é possível com todos os sistemas de irrigação por superfície, particularmente com o sistema por inundação. Quando o sistema de irrigação por inundação é operado corretamente, a eficiência poderá atingir valores da ordem de 80-90% em solos com baixa taxa de infiltração. Eficiências de irrigação da ordem de 70 – 80% podem ser conseguidas para irrigação por faixas e sulcos (ROBBINS; VINCHESI, 2011). No Brasil, os projetos de irrigação por superfície geralmente operam com baixa eficiência de aplicação de água (da ordem de 30 a 60%) devido à falta de uma relação adequada entre comprimento da parcela, declividade da superfície do terreno, vazão derivada à parcela e tempo de aplicação. O tempo de aplicação depende das características de infiltração da água no solo que tem grande variação espacial e temporal (BERNARDO, SOARES; MANTOVANI, 2008). A irrigação por superfície se adaptada a praticamente todas as culturas. Entretanto requer superfícies uniformes, com declives suaves e vazões disponíveis elevadas, na maioria dos casos superiores a 60 L s-1, variando geralmente de 15 a 300 L s-1, dependendo do sistema de irrigação e do tamanho das parcelas irrigadas simultaneamente. Assim, terrenos com grandes declividades limitam o uso desse método de irrigação. A baixa uniformidade da superfície do terreno também limita a irrigação por superfície que exige terrenos com superfície uniforme, sem elevações e depressões. Em geral, para se obter boa uniformidade de distribuição de água, a distância máxima que a água deve mover-se na área irrigada é limitada em cerca de 90 m para solos de textura arenosa e de 300 m para solos de textura muito fina. Os campos com encostas íngremes e topografia irregular aumentam o custo da sistematização do terreno, reduz o tamanho dos tabuleiros e o comprimento dos sulcos e das faixas. Cortes profundos realizados durante o processo de sistematização podem expor horizontes de solos não produtivos, requerendo manejo especial da fertilidade. Solos com alta taxa de infiltração dificultam o uso de sistemas de irrigação por superfície por aumentar as perdas de água por percolação, a menos que as parcelas irrigadas sejam muito pequenas. Mas, quanto mais curtos forem os sulcos e as faixas, e menores os tabuleiros, mais caros serão os sistemas, em decorrência do aumento da mão-de-obra necessária ao manejo da irrigação, do maior número de canais necessários ao projeto, da maior perda de terreno com canais e da maior dificuldade de mecanização (PEREIRA, et al., 2010). A Irrigação por inundação envolve menos mão-de-obra do que os demais sistemas de irrigação por superfície, principalmente se o sistema é automatizado. Já a irrigação por faixas e, em menor grau, a irrigação por sulcos, requer irrigantes qualificados para se obter alta eficiência. Quando se utilizam sifões, tubos janelados ou perfurados para distribuir água ao sulco, a obtenção de uma vazão desejada pode, inicialmente, apresentar alguma dificuldade que se minimiza com a experiência do irrigante. Embora tanto a drenagem superficial quanto a subterrânea devam ser consideradas para todos os processos de irrigação, a drenagem é especialmente crítica em sistemas de irrigação de superfície. A remoção oportuna do excesso de água durante a estação de chuvas para prevenir ou reduzir os danos às culturas e/ou permitir a realização das práticas culturais pode ser um desafio em áreas com pouca ou nenhuma inclinação. O sistema de irrigação por inundação é adequado para lixiviação de sais e, portanto, para recuperação do solo, pois a água pode ser mantida sobre o solo por longos períodos de tempo. Os sistemas de irrigação por faixas e por sulcos não apresentam bom desempenho para esta finalidade. Em condições normais de operação, as frações de lixiviação adequadas para o controle da salinidade podem ser obtidas para todos os sistemas de irrigação de superfície.
para cada condição em particular. O processo de seleção baseia-se na análise criteriosa das condições existentes em função das características de cada sistema e da análise econômica de cada alternativa. Textos importantes que tratam do tema e abordam os mais diferentes aspectos da seleção de sistemas de irrigação foram publicados por Robbins; Vinchesi (2011); Pereira et al. (2010); Bernardo; Soares; Mantovani (2008); Mantovani; Bernardo; Palaretti (2009); Solomon; El-Gindy; Ibatullin, (2007); Scaloppi (1986); Finkel; Nir (1960). Com base nessas publicações são discutidos a seguir alguns critérios essenciais para serem analisados visando a seleção racional de sistemas de irrigação, já que se considera que esta fase é primordial para o sucesso da irrigação.
CRITÉRIOS BÁSICOS PARA SELEÇÃO DOS SISTEMAS
RECURSOS HÍDRICOS
Os recursos hídricos podem ser de natureza superficial (rios, lagos, represas, etc.) ou subterrânea (aquíferos freáticos ou confinados). Os principais parâmetros relativos aos recursos hídricos e suas implicações na seleção de sistemas de irrigação são:
Potencial hídrico - Deve ser avaliado em função da vazão e do volume total disponível. A
vazão disponível deve ser estimada utilizando-se critérios probabilísticos e o volume total em função da capacidade de armazenamento de água ou da necessidade de construção de reservatórios. A grandeza do potencial hídrico pode determinar a eficiência de irrigação necessária para que se possa irrigar toda a área. Necessitando-se de alta eficiência de irrigação, os sistemas por aspersão e microirrigação devem ser preferidos.
Localização da fonte d’água - A situação topográfica do recurso hídrico, em relação à área
irrigada, tem grande influência no esquema de distribuição de água, no manejo e no custo do sistema de irrigação. Sempre que possível, a escolha do local de captação da água deve ser feita de forma a minimizar a altura de recalque e as distâncias de condução e distribuição, devendo-se preferir o fluxo por gravidade. A altura de recalque da água é um dos principais fatores relacionados ao consumo de energia; aumentando-se essa altura em relação à altura manométrica total, maiores deverão ser os níveis de eficiência dos sistemas de irrigação.
Qualidade da água - É determinada pela quantidade e natureza do material sólido em
suspensão e em solução. A quantidade de sólidos em suspensão pode limitar os sistemas de microirrigação. Essa exigência é menor em sistemas por aspersão e pouco significativa nos sistemas por superfície. Por outro lado, os sistemas de microirrigação possibilitam o uso de águas com maiores níveis de salinidade. Alto regime de umidade no solo reduz a concentração de sais na zona radicular e os perigos da salinidade, melhora a capacidade de manejar solos salinos ou sódicos, e possibilita a utilização de águas mais salinas na irrigação. Por outro lado, a presença de material sólido em suspensão na água constitui um grave problema para a microirrigação porque aumenta o risco de obstrução de emissores. Para a remoção deste material é necessário utilizar um sistema eficiente de filtragem o que aumenta os custos do sistema. Problemas de obstrução de emissores relacionados com óxidos de ferro também são frequentes em sistemas de microirrigação. Eles são causados pela introdução de sais solúveis de ferro a partir da fonte de água no sistema microirrigação onde, por causa de certo número de fatores, os sais de ferro podem ser oxidados e precipitar causando obstrução de emissores.
Custo da água – Depende, primariamente, da disponibilidade, localização e qualidade da
água. O maior custo da água exige maior eficiência de irrigação, o que pode ser mais facilmente obtido com sistemas de microirrigação e aspersão. Relativamente ao conceito, à gestão e à estrutura dos custos, convém distinguir entre os custos da água superficial e subterrânea. A água superficial tem sido considerada como um bem livre, cuja gestão é feita preferencialmente por entidades públicas, com custos de obtenção relativamente baixos,
fundamentalmente vinculados aos gastos de uma obra pública. Por outro lado, a água subterrânea tem tido um conceito de bem econômico e sua gestão tem sido feita principalmente por entidades privadas e seu custo é mais elevado, estando vinculado tanto aos investimentos quanto aos custos da energia e da mão-de-obra na gestão e distribuição.
CONDIÇÕES TOPOGRÁFICAS DO TERRENO
As condições topográficas do terreno afetam a seleção do sistema de irrigação, o dimensionamento, a operação e o manejo. Os principais elementos topográficos envolvidos na seleção do sistema são:
Dimensões e forma da área - Áreas superiores a aproximadamente 50 ha, com forma
retangular, facilitam a utilização de qualquer sistema de irrigação. Entretanto, áreas pequenas e com fronteiras irregulares limitam o uso de alguns sistemas, como aspersão mecanizada e superfície. A aspersão convencional e a microirrigação são mais adaptáveis à estas condições.
Direção e gradiente de declive - Estes parâmetros definem a uniformidade topográfica.
Todos os sistemas de irrigação adaptam-se a uma condição topográfica uniforme da superfície do terreno. Pequena uniformidade topográfica limita a utilização de sistemas de irrigação por superfície, entretanto os sistemas de aspersão e microirrigação toleram menor uniformidade topográfica. Evidentemente que a baixa uniformidade pode ser corrigida pelo processo de sistematização, contudo é necessário considerar os custos da operação além da possibilidade de comprometimento da qualidade do solo para a agricultura.
Acidentes topográficos - Os sistemas de irrigação por aspersão convencional e
microirrigação toleram mais facilmente a presença de acidentes topográficos que possam ocorrer na área, como erosões em sulco ou voçorocas, afloramento de rochas, área alagadas, estradas, vias de acesso e linhas de transmissão de energia elétrica. Alguns equipamentos mecanizados de aspersão, como pivô central, lateral rolante e linear móvel não admitem a presença de obstáculo com altura superior a do vão livre em todo o seu percurso.
SOLO
Os fatores do solo mais importantes para a seleção de sistemas de irrigação são: capacidade de água disponível, capacidade de infiltração, aeração, salinidade, profundidade efetiva e variabilidade espacial.
Capacidade de água disponível - Todos os fatores que resultam em grande capacidade de
água disponível do solo sem, contudo, restringir a aeração, tendem a favorecer o uso dos sistemas de irrigação por superfície, pelos quais é relativamente eficiente aplicar grandes volumes de água com baixa frequência. Reciprocamente, solos com baixa capacidade de água disponível requerem irrigações frequentes e com pequeno volume, o que pode ser mais bem atendido por sistemas de irrigação por aspersão e microirrigação. As propriedades do solo que afetam a capacidade de água disponível são:
(a) Profundidade efetiva – Solos pouco profundos sobre rochas, cascalho, camadas adensadas ou com lençol freático permanentemente alto, ou a presença de qualquer outra camada obstrutiva, têm uma pequena capacidade de água disponível. Estes solos não devem ser submetidos a operações de sistematização; mesmo pequenas profundidades de corte poderiam expor horizontes improdutivos, ou camadas compactadas, ou mesmo, o lençol freático. Nestes casos, a irrigação por sulcos e faixas de infiltração não são aconselháveis. Em condições de lençol freático elevado, a irrigação subterrânea deve ser considerada como uma das possibilidades viáveis. Apenas quando houver um sistema de drenagem subterrânea eficiente e a possibilidade de um controle rigoroso da quantidade de água aplicada é que a irrigação superficial pode ser aventada. Já a possibilidade de um controle efetivo da
