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1 AGROMETEOROLOGIA Prof. Paulo Jorge de Oliveira Ponte de Souza Doutor em Meteorologia Agrícola paulo.jorge@ufra.edu.br 2 BALANÇO HÍDRICO G0501 – Agrometeorologia Prof. D.Sc. Paulo Jorge CICLO HIDROLÓGICO E BALANÇO HÍDRICO: • Revisão Ciclo hidrológico • Ciclo simplificado = Balanço hídrico no solo • Método de T.M (1955): - Balanço hídrico climatológico - Balanço hídrico sequencial e de cultura • Definições: Água disponível, CAD, Retirada e reposição de água, Armazenamento, Excedente e Deficiência • Exemplo 3 Ciclo Hidrológico O balanço hídrico nada mais é do que o computo das entradas e saídas de água de um sistema. Várias escalas espaciais podem ser consideradas para se contabilizar o balanço hídrico. Na escala MACRO, o “balanço hídrico” é o próprio “ciclo hidrológico”, cuja resultado fornecerá a água disponível no sistema (no solo, rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ou seja na biosfera. 4 Ciclo Hidrológico Prec . ET Q Em uma escala intermediária, representada por uma micro- bacia hidrográfica, o balanço hídrico resulta na vazão de água (Q) desse sistema. Para períodos em que a chuva é menor do que a demanda atmosférica por vapor d´água, Q diminui, ao passo em que nos períodos em que a chuva supera a demanda, Q aumenta Micro-bacia Hidrográfica Prec . ET Em uma escala local, no caso de uma cultura, o balanço hídrico permite estabelecer a variação de armazenamento, conseqüentemente, a disponibilidade de água no solo. Conhecendo-se qual a umidade do solo ou quanto de água este armazena é possível se determinar se a cultura está sofrendo deficiência hídrica, a qual está intimamente ligada aos níveis de rendimento dessa lavoura. 5 Ciclo Simplificado Balanço hídrico Fluxos componentes do balanço hídrico para condições naturais ARM P O Ri DLi Ro DLo AC DP ET Considerando-se um volume controle de solo, o BH apresenta os seguintes fluxos (variação no intervalo de tempo considerado). 6 BH no solo Considerando-se que Ri Ro, DLi DLo, O e AC desprezíveis, chega-se na seguinte equação geral do balanço hídrico: ARM = P – ET – DP Por meio dessa equação, pode-se determinar a variação da disponibilidade de água no solo. Caso se conheça a capacidade de água disponível (CAD) desse solo, pode-se determinar também a quantidade de água armazenada por ele. Uma das formas de se contabilizar o balanço de água no solo é por meio do método proposto por Thornthwaite e Mather (1955), denominado de Balanço Hídrico Climatológico, no qual a partir dos dados de P, de ETP e da CAD, chega-se aos valores de: • Disponibilidade de água no solo (Armazenamento = ARM), • Alteração do armazenamento de água do solo (ALT = ARM), • Evapotranspiração real (ETR), •Deficiência hídrica (DEF) •Excedente hídrico (EXC = DP). 7 BH Climatológico e sequencial O Balanço Hídrico Climatológico foi desenvolvido inicialmente com o objetivo de se caracterizar o clima de uma região, de modo a ser empregado na classificação climática desenvolvida por Thornthwaite na década de 40. Posteriormente, esse m”étodo começou a ser empregado para fins agronômicos dada a grande interrelação da agricultura com as condições climáticas. O Balanço Hídrico Climatológico (BHC) elaborado com dados médios de P e ETP de uma região é denominado de BHC Normal. Esse tipo de BH é um indicador climatológico da disponibilidade hídrica na região, por meio da variação sazonal das condições do BH ao longo de um ano médio (cíclico), ou seja, dos períodos com deficiências e excedentes hídricos. Essas informações são de cunho climático e, portanto, auxiliam no PLANEJAMENTO AGRÍCOLA. “”” O Balanço Hídrico Climatológico (BHC) elaborado com dados de P e ETP de um período ou de uma seqüência de períodos (meses, semanas, dias) de um ano específico para uma certa região é denominado de BHC Seqüencial. Esse tipo de BH fornece a caracterização e variação sazonal das condições do BH (deficiências e excedentes) ao longo do período em questão. Essas informações são de grande importância para as TOMADAS DE DECISÃO. 8 Definições Para se elaborara o BHC, seja ele o Normal ou o Seqüencial, há a necessidade de se conhecer a capacidade de água disponível no solo (CAD). A CAD representa a lâmina máxima de água que determinado tipo de solo pode reter em função de suas características físico-hídricas, ou seja: Umidade na capacidade de campo (cc), Umidade no ponto de murcha permanente (pmp), Massa específica do solo (dg) E da profundidade efetiva do sistema radicular (Zr), onde se concentram cerca de 80% das raízes: (cm3/cm3) Z cc satpmp Zr 0 0 Água gravitacionalÁgua residual Capacidade de Água Disponível (CAD) 9 Definições: Água disponível e CAD Determinação da CAD para elaboração do BHC A partir das características físico-hídricas do solo CAD = [(CC% – PMP%)/100] * dg * Zr CC% = umidade na capacidade de campo, em % PMP% = umidade no ponto de murcha, em % dg = massa específica do solo Zr = profundidade específica do sistema radicular, em mm A partir das características gerais do solo (Doorenbos e Kassam, 1994) CAD = CADmédia * Zr CADmédia = capacidade de água disponível média, em mm de água / cm de profundidade de solo Zr = profundidade específica do sistema radicular, em cm CADmédia p/ solos argilosos = 2,0 mm/cm CAD média p/ solos de text. Média = 1,4 mm/cm CADmédia p/ solos arenosos = 0,6 mm/cm 10 Tipo de Solo Água Disponível (mm/m) Profundidade das raízes (m) Retenção de umidade (mm) Cultura de raízes superficiais (espinafre, ervilha, feijão, batata, beterraba, cenoura etc..) Areia Fina Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Argiloso 100 150 200 250 300 0,50 0,50 0,62 0,40 0,25 50 75 125 100 75 Cultura de raízes de moderada profundidade (milho, algodão, fumo, cereais etc...) Areia Fina Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Argiloso 100 150 200 250 300 0,75 1,00 1,00 0,80 0,50 75 150 200 200 50 Cultura de raízes profundas (alfafa, pastagens, arbustos etc...) Areia Fina Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Argiloso 100 150 200 250 300 1,00 1,00 1,25 1,00 0,67 100 150 250 250 200 Árvores frutíferas Areia Fina Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Argiloso 100 150 200 250 300 1,50 1,67 1,50 1,00 0,67 150 250 300 250 200 Floresta adulta fechada Areia Fina Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Argiloso 100 150 200 250 300 2,50 2,00 2,00 1,60 1,17 250 300 400 400 350 11 Definições: Retirada e Reposição de água Antes de iniciarmos o BHC propriamente dito, há a necessidade de se entender como o método proposto por T&M (1955) considera a retirada e a reposição de água do solo. Os autores adotaram uma função exponencial para a retirada de água do solo (ver esquema abaixo), ao passo que a reposição é direta, simplesmente somando-se ao armazenamento de água do solo o saldo positivo do balanço entre P e ETP [(P – ETP)+]. ARM/CAD |NAc/CAD| 1 0 0 RETIRADA DE ÁGUA DO SOLO Nac = negativo acumulado = (P-ETP)<0 Sempre que houver valor de (P-ETP)<0, esse valor deve ser acumulado e em função dele se calculao ARM, usando-se a seguinte expressão: ARM = CAD * e-|NAc/CAD| Retirada se (P – ETP) < 0 R e p o s iç ã o s e ( P – E T P ) 0 REPOSIÇÃO DE ÁGUA NO SOLO Sempre que houver valor de (P-ETP)0, esse valor deve ser somado ao ARM do período anterior e em função desse novo valor de ARM, calcula-se o novo NAc usando-se a seguinte expressão: NAc = CAD * Ln ARM/CAD 12 Simulação de um BH para 5 dias (CAD = 100mm) Simulação 1 P = 50 mm ETP = 25 mm ARMi = 100 ARMf = 100 (P-ETP) = +25 mm ARMf = 100 + 25 = 100 NAc = 0 ALT = 100 – 100 = 0 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = 25 – 0 = 25 mm Simulação 2 P = 10 mm ETP = 25 mm ARMi = 100 ARMf = 86 (P-ETP) = -15 mm ARMf = 100 * e-15/100 = 86 NAc = -15 ALT = 86 – 100 = -14 ETR = 10 + |-14| = 24 mm DEF = 25 – 24 = 1 mm EXC = 0 Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD Olhando apenas para P-ETP, sem saber quanto de água há o solo, dificulta saber quanto será excedente. Mas como o solo está com sua capacidade preenchida, todo o valor será EXC Neste outro dia, diríamos que haveria 15 mm de deficiência. Como o solo possuía água disponível, o valor real de DEF foi apenas de 1mm 13 Simulação de um BH para 5 dias (CAD = 100mm) Simulação 3 P = 0 mm ETP = 25 mm ARMi = 86 ARMf = 67 Simulação 4 P = 40 mm ETP = 25 mm ARMi = 67 ARMf = 82 (P-ETP) = -25 mm ARMf = 100 * e-40/100 = 67 NAc = -15 + (-25) = -40 ALT = 67 - 86 = -19 ETR = 0 + |-19| = 19 mm DEF = 25 – 19 = 6 mm EXC = 0 (P-ETP) = +15 mm ARMf = 67 + 15 = 82 NAc = 100 Ln 82/100 = -20 ALT = 82 – 67 = +15 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = 15 – 15 = 0 14 Simulação de um BH para 5 dias (CAD = 100mm) Simulação 5 P = 2 mm ETP = 25 mm ARMi = 82 ARMf = 65 Simulação 6 P = 100 mm ETP = 25 mm ARMi = 65 ARMf = 100 (P-ETP) = -23 mm ARMf = 100 * e-43/100 = 65 NAc = -20 + (-23) = -43 ALT = 65 - 82 = -17 ETR = 2 + |-17| = 19 mm DEF = 25 – 19 = 6 mm EXC = 0 (P-ETP) = +75 mm ARMf = 65 + 75 = 100 NAc = 100 Ln 100/100 = 0 ALT = 100 – 65 = +35 ETR = ETP = 25 mm DEF = 0 EXC = 75 – 35 = 40 mm Obs: veja que ARM não pode ultrapassar a CAD 15 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 1: INSERIR INFORMAÇÕES SOBRE O LOCAL: Latitude, longitude, Retenção hídrica = f(tipo de solo, cultura) 16 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 2: Dados de Temp. do ar mensal e total de chuva Tar Para calcular ETP (método de Thornthwaite) 17 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 3: Preenchimento da coluna TAB: Valores diários de ETP (Tabela) 18 Temperatura Média Anual normal da região em C – Índice T Temp.Méd (Dia, Mês) 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 9.0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 9.5 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 10.0 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 10.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 11.0 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 11.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 12.0 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 0.2 12.5 0.6 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 13.0 0.7 0.6 0.6 0.6 0.5 0.4 0.4 0.4 0.3 0.3 13.5 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 14.0 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 14.5 0.9 0.9 0.8 0.7 0.7 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 15.0 1.0 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 0.6 0.6 0.6 0.5 15.5 1.1 1.1 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 16.0 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 16.5 1.3 1.2 1.2 1.1 1.1 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 17.0 1.4 1.3 1.3 1.2 1.2 1.0 1.0 1.0 0.9 0.9 17.5 1.5 1.4 1.4 1.3 1.3 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 18.0 1.7 1.6 1.5 1.5 1.4 1.2 1.1 1.1 1.1 1.0 18.5 1.8 1.7 1.6 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.2 1.1 19.0 1.8 1.8 1.7 1.7 1.6 1.5 1.5 1.4 1.4 1.3 19.5 2.0 1.9 1.9 1.8 1.8 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5 20.0 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 1.9 1.8 1.8 1.7 1.7 20.5 2.4 2.3 2.2 2.2 2.1 2.0 2.0 2.0 1.9 1.9 21.0 2.5 2.4 2.3 2.3 2.3 2.2 2.2 2.2 2.1 2.1 21.5 2.6 2.5 2.4 2.4 2.4 2.3 2.3 2.3 2.2 2.2 22.0 2.8 2.7 2.6 2.6 2.6 2.5 2.5 2.5 2.4 2.4 22.5 3.0 2.9 2.8 2.8 2.8 2.7 2.7 2.6 2.6 2.6 23.0 3.2 3.2 3.1 3.0 3.0 2.9 2.9 2.8 2.8 2.8 23.5 3.4 3.3 3.2 3.2 3.2 3.1 3.1 3.1 3.0 3.0 24.0 3.5 3.4 3.3 3.3 3.3 3.3 3.2 3.2 3.2 3.2 24.5 3.7 3.6 3.5 3.5 3.5 3.5 3.4 3.4 3.4 3.4 25.0 3.9 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.7 3.7 3.7 3.7 25.5 4.1 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 26.0 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 Temp. ,0 ,5 26 4.3 4.5 27 4.6 4.8 28 4.9 5.1 29 5.2 5.3 30 5.4 5.3 31 5.6 5.7 32 5.8 5.8 33 5.9 6.0 34 6.0 6.1 35 6.1 6.1 Para Tar media acima de 26 oC 19 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 4: Preenchimento da coluna CORR: Correção de ETP devido a latitude (Tabela) 20 LAT. MÊS JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 0 31.2 28.2 31.2 30.3 31.2 30.3 31.2 31.2 30.3 31.2 30.3 31.2 1 31.2 28.3 31.2 30.3 31.2 30.3 31.2 31.2 30.3 31.2 30.3 31.2 2 31.5 28.2 31.2 30.0 30.9 30.0 31.2 31.2 30.3 31.2 30.6 31.5 3 31.5 28.5 31.2 30.0 30.9 30.0 30.9 31.2 30.0 31.2 30.6 31.5 4 31.8 28.5 31.2 30.0 30.9 29.7 30.9 30.9 30.0 31.5 30.6 31.8 5 31.8 28.5 31.2 30.0 30.6 29.7 30.6 30.9 30.0 31.5 30.9 31.8 6 31.8 28.8 31.2 30.0 30.6 29.4 30.6 30.9 30.0 31.5 30.9 32.1 7 32.1 28.8 31.2 30.0 30.6 29.4 30.3 30.6 30.0 31.5 30.9 32.4 8 32.1 28.8 31.5 29.7 30.3 29.1 30.3 30.6 30.0 31.8 31.2 32.4 9 32.4 29.1 31.5 29.7 30.3 29.1 30.0 30.6 30.0 31.8 31.2 32.7 10 32.4 29.1 31.5 29.7 30.3 28.8 30.0 30.3 30.0 31.8 31.5 33.0 11 32.7 29.1 31.5 29.7 30.0 28.8 29.7 30.3 30.0 31.8 31.5 33.0 12 32.7 29.1 31.5 29.7 30.0 28.5 29.7 30.3 30.0 31.8 31.8 33.3 13 33.0 29.4 31.5 29.4 29.7 28.5 29.4 30.0 30.0 32.1 32.1 33.6 14 33.3 29.4 31.5 29.4 29.7 28.2 29.4 30.0 30.0 32.1 32.1 33.6 15 33.6 29.4 31.5 29.4 29.4 28.2 29.1 30.0 30.0 32.1 32.1 33.9 16 33.6 29.7 31.5 29.4 29.4 27.9 29.1 30.0 30.0 32.1 32.1 33.9 17 33.9 29.7 31.5 29.4 29.1 27.9 28.8 29.7 30.0 32.1 32.4 33.9 18 33.9 29.7 31.5 29.1 29.1 27.6 28.8 29.7 30.0 32.4 32.4 34.2 19 34.2 30.0 31.5 29.1 28.8 27.6 28.5 29.7 30.0 32.4 32.7 34.2 20 34.3 30.0 31.5 29.1 28.8 27.6 28.5 29.7 30.0 32.4 32.7 34.5 21 34.5 30.0 31.5 29.1 28.6 27.3 28.2 29.7 30.0 32.4 32.7 34.5 22 34.5 30.0 31.5 29.1 28.5 27.0 28.2 29.4 30.0 32.7 33.0 34.8 23 34.8 30.3 31.5 28.8 28.5 26.7 27.9 29.4 30.0 32.7 33.0 35.1 24 35.1 30.3 31.5 28.8 28.2 26.7 27.9 29.4 30.0 32.7 33.3 35.1 25 35.1 30.3 31.5 28.8 28.2 26.4 27.9 29.4 30.0 33.0 33.3 35.4 26 35.4 30.6 31.5 28.8 28.2 26.4 27.6 29.1 30.0 33.0 33.6 35.4 27 35.4 30.6 31.5 28.8 27.9 26.1 27.6 29.1 30.0 33.3 33.6 35.7 28 35.7 30.6 31.8 28.5 27.9 25.8 27.3 29.1 30.0 33.3 33.9 36.0 29 35.7 30.9 31.8 28.5 27.6 25.8 27.3 28.8 30.0 33.3 33.9 36.0 30 36.0 30.9 31.8 28.5 27.6 25.5 27.0 28.8 30.0 33.6 34.2 36.3 31 36.3 30.9 31.8 28.5 27.3 25.2 27.0 28.8 30.0 33.6 34.5 36.6 32 36.3 30.9 31.8 28.5 27.3 25.2 26.7 28.5 30.0 33.6 34.5 36.9 33 36.6 31.2 31.8 28.2 27.0 24.9 26.4 28.5 30.0 33.9 34.8 36.9 34 36.6 31.2 31.8 28.2 27.0 24.9 26.4 28.5 30.0 33.9 34.8 37.2 35 36.9 31.2 31.8 28.2 26.7 24.6 26.1 28.2 30.0 33.9 35.1 37.5 36 37.2 31.5 31.8 28.2 26.7 24.3 25.8 28.2 30.0 34.2 35.4 37.8 37 37.5 31.5 31.8 28.2 26.4 24.0 25.5 27.9 30.0 34.2 35.7 38.1 38 37.5 31.5 32.1 27.9 26.1 24.0 25.5 27.9 30.0 34.2 35.7 38.1 39 37.8 31.8 32.1 27.9 26.1 23.7 25.2 27.9 30.0 34.5 36.0 38.4 21 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 5: Preenchimento da coluna ETP: ETP = TAB x CORR22 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 6: Preenchimento da coluna P-ETP 23 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico PASSO 7: Preenchimento simultâneo das colunas NEG e ARM 24 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico Para cada NEG existe um ARM e vice-versa: Equação ou tabela 25 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico Em função do NEG obtém-se ARM na tabela. (CAD = 125mm) 26 Neg. Acum. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 125 124 123 122 121 120 119 118 117 116 10 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 20 106 105 104 103 102 102 101 100 99 99 30 98 97 96 95 94 94 93 92 91 90 40 90 89 88 87 86 86 85 84 84 83 50 83 82 82 81 80 80 79 79 78 77 60 76 76 75 74 74 73 73 72 72 71 70 70 70 69 69 68 68 67 67 66 65 80 65 64 64 63 63 62 62 61 61 60 90 60 59 59 58 58 57 57 56 56 55 100 55 55 54 54 53 53 53 52 52 51 110 51 51 50 50 49 49 49 48 48 47 120 47 47 46 46 45 45 45 44 44 43 130 43 43 42 42 41 41 41 41 40 40 140 40 40 39 39 39 38 38 38 38 37 150 37 37 36 36 36 35 35 35 35 34 160 34 34 33 33 33 32 32 32 32 31 170 31 31 31 30 30 30 30 30 30 29 180 29 29 29 29 28 28 28 27 27 27 190 26 26 26 26 26 25 25 25 25 25 200 24 24 24 24 24 23 23 23 23 23 210 22 22 22 22 22 22 22 21 21 21 220 21 21 21 21 20 20 20 20 20 20 230 19 19 19 19 19 18 18 18 18 18 240 18 18 17 17 17 17 17 17 17 17 250 16 16 16 16 16 16 16 16 15 15 260 15 15 15 15 15 14 14 14 14 14 270 14 14 14 14 14 13 13 13 13 13 280 13 13 13 13 13 12 12 12 12 12 290 12 12 12 12 12 11 11 11 11 11 300 11 11 11 11 11 10 10 10 10 10 310 10 10 10 10 10 10 10 10 9 9 320 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 330 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 340 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7 350 a 364 – 7 365 a 387 – 6 388 a 409 – 5 410 a 429 – 4 430 a 487 – 3 488 a 544 – 2 545 a 640 – 1 640 – 0 27 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico Em função do NEG obtém-se ARM na tabela. (CAD = 125mm) 28 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico próximo mês P-ETP >0: ARM será beneficiado. NEG será reduzido 29 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico próximo mês P-ETP >0: ARM será beneficiado. NEG será reduzido 30 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico De posse de ARM, obtém-se os respectivos NEG (Tabela) “forma inversa” 31 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico Passo 8: Obtenção da ALT ALT: ARM2-ARM1 32 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico Passo 9: Obtenção da ETR 33 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico 34 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico 35 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico 36 AFERIÇÕES Depois de preencher o quadro do Balanço Hídrico, é conveniente verificar a exatidão dos cálculos usando as seguintes relações: ∑ P = ∑ETP + ∑ (P - ETP) 2416 = 1772 + 644 ∑ALT = 0 ∑ETP = ∑ETR + ∑DEF 1772 = 1384 + 388 ∑ (P - ETP) = ∑EXC - ∑DEF 644 = 1032 - 388 ∑ P = ∑EXC + ∑ETR 2416 = 1032 + 1384 Exemplo de cálculo do B.H. climatológico
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