Aula 25 Irrigação

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Drenagem na AgriculturaDrenagem na Agricultura
DisciplinaDisciplina:: IrrigaçãoIrrigação ee DrenagemDrenagem
ProfProf.:.: MarcosMarcos EricEric
IntroduçãoIntrodução
�� Conceito:Conceito:
�� Remoção, por meio artificiais, o excesso de água acumulado no perfil ou Remoção, por meio artificiais, o excesso de água acumulado no perfil ou 
na superfície do solona superfície do solo
�� Objetivos na agriculturaObjetivos na agricultura
�� Proporcionar condições ideais ao crescimento e desenvolvimento das Proporcionar condições ideais ao crescimento e desenvolvimento das 
culturasculturas
�� Aumentar a produtividadeAumentar a produtividade
�� BenefíciosBenefícios
�� Aumentar a produtividadeAumentar a produtividade
�� Adubação nitrogenadaAdubação nitrogenada
�� Aumentar área agricultávelAumentar área agricultável
�� Melhorar a saúde publica e animalMelhorar a saúde publica e animal
MétodosMétodos dede drenagemdrenagem
�� NaturalNatural
�� Quando a própria força da água é responsável pela retirada do excesso Quando a própria força da água é responsável pela retirada do excesso 
de água do solode água do solo
�� ArtificialArtificial
�� Quando a natural não é suficiente ou quando há ação antrópicaQuando a natural não é suficiente ou quando há ação antrópica
�� Tipos:Tipos:
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EfeitosEfeitos dada faltafalta dede drenagemdrenagem
�� De forma geralDe forma geral
�� Indisponibilidade de nutrientesIndisponibilidade de nutrientes
�� Indisponibilidade de oxigênioIndisponibilidade de oxigênio
�� Ocorrência de compostos tóxicosOcorrência de compostos tóxicos
�� Propriedades físicasPropriedades físicas
�� Aeração: processo dinâmico de trocas gasosas na porosidade do soloAeração: processo dinâmico de trocas gasosas na porosidade do solo
�� Lei de FickLei de Fick
L
C
Dq
∆
×−=
q = fluxo de gases no solo
D = constante de difusividade
∆C = gradiente de concentração de ar
L = distância para deslocamento do ar
EfeitosEfeitos dada faltafalta dede drenagemdrenagem
�� Propriedades físicasPropriedades físicas
�� TexturaTextura
�� Desarranjo nas partículas: Desarranjo nas partículas: SilteSilte; Areia; Argila; Areia; Argila
�� EstruturaEstrutura
�� Quebra devido ao desbalanceamento dos minerais no solo Quebra devido ao desbalanceamento dos minerais no solo 
(principalmente Na(principalmente Na++))
�� TemperaturaTemperatura
�� Propriedades químicasPropriedades químicas
�� Nitrogênio ... reduçãoNitrogênio ... redução
�� Ferro ... aumentoFerro ... aumento
TmQ ∆××= θ O calor específico da água é cinco vezes maior que o do solo
EfeitosEfeitos dada faltafalta dede drenagemdrenagem
�� Nas CulturasNas Culturas
�� SustentaçãoSustentação
�� Absorção de água e nutrientesAbsorção de água e nutrientes
�� Síntese de hormônios (Ac. Giberélico)Síntese de hormônios (Ac. Giberélico)
Feijão sob alagamento, (Custódio et al, 2002)
Fonte: Carvalho & Ishida, 2002
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NecessidadeNecessidade dede LixiviaçãoLixiviação
�� EmEm regiõesregiões áridasáridas ee semisemi--áridasáridas,, principalmenteprincipalmente,, aa águaágua dede
irrigaçãoirrigação podepode serser salinasalina ee prejudicarprejudicar aa culturacultura..
�� SobSob taistais condiçõescondições,, devedeve--sese aplicaraplicar umauma fraçãofração adicionaladicional dede
águaágua,, aa cadacada irrigaçãoirrigação,, parapara lixiviarlixiviar oo excessoexcesso dede saissais ee
prevenirprevenir aa salinizaçãosalinização dodo solosolo..
�� FraçãoFração dede lixiviaçlixiviaçãoão (FL)(FL)::
Ln
Lx
FL =
Onde:
Lx: lamina de lixiviação
Ln: lamina necessária para satisfazer a ETc e a lixiviação
NecessidadeNecessidade dede lixiviaçãolixiviação
�� Após equilíbrio FL pode ser estimado por:Após equilíbrio FL pode ser estimado por:
FL
CE
CE ad =
Onde:
CEd: Condutividade elétrica da água de drenagem
CEa: Condutividade elétrica da água de irrigação
Figura 10: perfil de
concentração de sais
(Ayers & Westcot, 1999)
Figura 11: salinidade esperada, após
equilíbrio. (Ayers & Westcot, 1999)
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Tabela 1: Fatores de concentração (fc) para
estimar a salinidade do extrato de saturação
(Ayers & Westcot, 1999)
Fator de Concentração
y = 1,1825x + 2,934
R2 = 0,9898
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4
CE água (dS m-1)
C
E
 (
d
S
 m
-1
) 
 
 
 
 
 
 
 .
Figura 11: fator de concentração
de sais em substrato em mudas
cítricas. (Brito, 2007)
Figura 12: efeito da CEa
sobre a CEes na zona
radicular para várias frações
de lixiviação. (Ayers &
Westcot, 1999)
NecessidadeNecessidade dede lixiviaçãolixiviação
�� Calculo da necessidade de lixiviação (NL)Calculo da necessidade de lixiviação (NL)
�� Rhoades, 1974; Rhoades & Merril, 1976:Rhoades, 1974; Rhoades & Merril, 1976:
�� Lamina necessária (Ln)Lamina necessária (Ln)
aes
a
CECE
CE
NL
−
=
5
Obs.: CEes é obtido de acordo com a salinidade limiar
da cultura.
NL
Etc
Ln
−
=
1
Onde:
ETc: evapotranspiração da cultura
NL: necessidade de lixiviação
SalinidadeSalinidade LimiarLimiar dasdas culturasculturas
CulturaCultura Salinidade Limiar Salinidade Limiar 
(CE(CEeses))
AlgodoeiroAlgodoeiro 7,7 dS m7,7 dS m--11
TrigoTrigo 5,7 dS m5,7 dS m--11
SojaSoja 5,0 dS m5,0 dS m--11
Feijão FavaFeijão Fava 1,5 dS m1,5 dS m--11
Feijão Feijão 1,0 dS m1,0 dS m--11
BeterrabaBeterraba 4,0 dS m4,0 dS m--11
PimentãoPimentão 1,5 dS m1,5 dS m--11
TomateTomate 2,5 dS m2,5 dS m--11
CulturaCultura Salinidade Limiar Salinidade Limiar 
(CE(CEeses))
MilhoMilho 1,7 dS m1,7 dS m--11
PomeloPomelo 1,8 dS m1,8 dS m--11
LaranjeiraLaranjeira 1,7 dS m1,7 dS m--11
VideiraVideira 1,5 dS m1,5 dS m--11
Milho doceMilho doce 1,7 dS m1,7 dS m--11
AlfafaAlfafa 2,0 dS m2,0 dS m--11
MorangueiraMorangueira 1,0 dS m1,0 dS m--11
ArrozArroz 3,3 dS m3,3 dS m--11
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DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� IntroduçãoIntrodução
�� TopografiaTopografia
�� PedologiaPedologia
�� Propriedades físico hídricas do soloPropriedades físico hídricas do solo
�� Nível freáticoNível freático
DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� Propriedades do soloPropriedades do solo
�� Porosidade do solo: porção do solo ocupada pelo ar e águaPorosidade do solo: porção do solo ocupada pelo ar e água
�� Importante se determinar a macro e microporosidadeImportante se determinar a macro e microporosidade
�� Porosidade livre (Porosidade livre (ββ))
ββ = = αα -- θθdd
100*1 





−=
dp
dg
α
α = porosidade total
dg = densidade global
dp = densidade das partículas
θθdd = estado de umidade desejado= estado de umidade desejado
αα = porosidade total= porosidade total ‘‘ΒΒ’ ideal: entre 10 e 14%’ ideal: entre 10 e 14%
ExercícioExercício
�� Considerando uma área com 20 ha, apresentando uma Considerando uma área com 20 ha, apresentando uma 
camada de impedimento a 1,10 m, havendo um altura de camada de impedimento a 1,10 m, havendo um altura de 
encharcamento de 70 cm com umidade (encharcamento de 70 cm com umidade (αα) de 0,45 m³/m³, ) de 0,45 m³/m³, 
desejandodesejando--se uma porosidade livre de água de 12% em base se uma porosidade livre de água de 12% em base 
de volume. Determinar:de volume. Determinar:
�� O Volume de água no solo.O Volume de água no solo.
�� O volume de água drenável.O volume de água drenável.
�� A lâmina de água equivalente ao volume de água drenável.A lâmina de água equivalente ao volume de água drenável.
�� A umidade desejada no solo.A umidade desejada no solo.
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DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� Propriedade do soloPropriedade do solo
�� Condutividade hidráulicaCondutividade hidráulica
�� Capacidade do solo transmitirágua em meio saturado ( não Capacidade do solo transmitir água em meio saturado ( não 
transiente) ou não saturado (transiente)transiente) ou não saturado (transiente)
�� Dado pela equação de DarcyDado pela equação de Darcy
tA
V
q
×
=
x
K
q o
∆
∆Ψ−
=
q = fluxo de água no solo
Ko = condutividade hidráulica do solo
∆Ψ = gradiente de potencial
∆x = diferença de nível entre os pontos
DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� Propriedades do soloPropriedades do solo
�� Condutividade hidráulicaCondutividade hidráulica
�� DeterminaçãoDeterminação
Camada Impermeável
D
Superfície do solo
Y0
Estaca
Trena com bóia
H
W
�� ContinuaçãoContinuação
Camada Impermeável
D
Leituras úteis:
∆∆∆∆y ≤≤≤≤ (yo - W) / 4
yoyt
∆∆∆∆y
Nível de recuperação útil
W
t
y
*
m
y*)
H
m
y
*(2*r)20(H
2*r4000
ok ∆
∆
−+
=
H
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ExercícioExercício
�� Considerando os dados abaixo: calcular a condutividade Considerando os dados abaixo: calcular a condutividade 
hidráulica com tempo de 105 shidráulica com tempo de 105 s
Camada Impermeável
Leituras úteis:
∆∆∆∆y ≤≤≤≤ (yo - W) / 4
120cm100cm
∆∆∆∆y
Nível de recuperação útil
40cm
t
y
*
y*)
H
y
*(2*r)20(H
2*r4000
ok ∆
∆
−+
=
80cm
r = 3,8 cm
50cm
20cm
DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� Propriedades do soloPropriedades do solo
�� Condutividade hidráulica: DeterminaçãoCondutividade hidráulica: Determinação
�� Método do Poço secoMétodo do Poço seco
�� Usado quando não há presença de lençol freaticoUsado quando não há presença de lençol freatico
�� Método do Permeametro de cargaMétodo do Permeametro de carga
�� Método de laboratórioMétodo de laboratório
�� Usa amostra de solo inderformadaUsa amostra de solo inderformada
�� Menor precisãoMenor precisão
�� PontualPontual
DiagnósticoDiagnóstico dada necessidadenecessidade dede drenagemdrenagem
�� Mapas de nível freáticoMapas de nível freático
�� Mapa de Isoípsas (Cargas equivalentes)Mapa de Isoípsas (Cargas equivalentes)
�� Mapa de IsóbatasMapa de Isóbatas
�� Diferença de nível em relação a superfícieDiferença de nível em relação a superfície
�� Objetivo: indicar quais ponto tem maior necessidade de drenagemObjetivo: indicar quais ponto tem maior necessidade de drenagem
�� Zonas Umidas e semiZonas Umidas e semi--umidas: 1,0mumidas: 1,0m
�� Zonas Áridas e semiZonas Áridas e semi--áridas: 2,0 máridas: 2,0 m
Objetivo: indicar o fluxo de água no solo
1. Pontos de recarga
2. Pontos de descarga
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SistemasSistemas dede drenagemdrenagem
�� Tipos de drenosTipos de drenos
�� Drenos abertos:Drenos abertos:
�� São escavações alongadas com pequeno declive longitudinalSão escavações alongadas com pequeno declive longitudinal
�� TiposTipos
�� Canal trapezoidalCanal trapezoidal
�� Canal parabolóideCanal parabolóide
�� TerraçoTerraço
�� CamalhãoCamalhão
�� Drenos CobertosDrenos Cobertos
�� Tipo LivreTipo Livre
�� Tipo TubularesTipo Tubulares
SistemasSistemas dede drenagemdrenagem
�� Componentes do sistemaComponentes do sistema
�� Drenos laterais ou de campoDrenos laterais ou de campo
�� Drenos coletores ou secundáriosDrenos coletores ou secundários
�� Dreno principal ou mestreDreno principal ou mestre
�� Sistema de saídaSistema de saída
Dreno lateral
Dreno secundário
Dreno principal
Dimensionamento Drenagem superficialDimensionamento Drenagem superficial
�� ObjetivoObjetivo:: EliminaçãoEliminação dada águaágua queque cobrecobre aa superfíciesuperfície dosdos
terrenosterrenos;;
�� AplicaçãoAplicação::
�� áreasáreas planasplanas comcom solossolos::
�� baixabaixa velocidadevelocidade dede infiltraçãoinfiltração;;
�� baixabaixa permeabilidadepermeabilidade;;
�� ComCom camadascamadas impermeáveisimpermeáveis logologo abaixoabaixo dada superfíciesuperfície;;
�� ÁreasÁreas dede baixabaixa declividadedeclividade::
�� ProblemasProblemas dede excessoexcesso dede águaágua
•• TiposTipos::
�� ParaPara eliminaçãoeliminação dasdas águaságuas dasdas chuvaschuvas;;
�� ParaPara EliminaçãoEliminação dede excessoexcesso dede águaágua
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EliminaçãoEliminação dasdas águaságuas dada ChuvaChuva
�� Finalidade:Finalidade:
�� Dimensionar os canais, interceptores ou drenos.Dimensionar os canais, interceptores ou drenos.
�� Calculo:Calculo:
Q = C.I.A.360Q = C.I.A.360--11
�� Onde:Onde:
�� Q = Vazão máxima de escoamento (m sQ = Vazão máxima de escoamento (m s--11))
�� A = Área contribuição (ha);A = Área contribuição (ha);
�� I = intensidade máxima de chuva (mm diaI = intensidade máxima de chuva (mm dia--11))
�� C = Coeficiente de escoamento;C = Coeficiente de escoamento;
EliminaçãoEliminação dasdas águaságuas dada ChuvaChuva
Tabela 1: Valores do Coeficiente de escoamento (C), segundo MillarTabela 1: Valores do Coeficiente de escoamento (C), segundo Millar
Declividade (%)Declividade (%) Solo arenosoSolo arenoso Solo francoSolo franco Solo argilosoSolo argiloso
FlorestasFlorestas
0 0 –– 55 0,100,10 0,300,30 0,400,40
5 5 –– 1010 0,250,25 0,350,35 0,500,50
10 10 –– 3030 0,300,30 0,500,50 0,600,60
PastagensPastagens
0 0 –– 55 0,100,10 0,300,30 0,400,40
5 5 –– 1010 0,150,15 0,350,35 0,550,55
10 10 –– 3030 0,200,20 0,400,40 0,600,60
Terras CultivadasTerras Cultivadas
0 0 –– 55 0,300,30 0,500,50 0,600,60
5 5 –– 1010 0,400,40 0,600,60 0,70,7
10 10 –– 3030 0,500,50 0,700,70 0,800,80
EliminaçãoEliminação dasdas águaságuas dada ChuvaChuva
�� Em drenagem AgrícolaEm drenagem Agrícola
I = Id.48I = Id.48--11
�� Onde: Id = total máximo de precipitação que ocorre em um Onde: Id = total máximo de precipitação que ocorre em um 
período de 24 horas (mm);período de 24 horas (mm);
�� Em drenagem urbana:Em drenagem urbana:
I = TcI = Tc
�� E Tc = 0,0256 x KE Tc = 0,0256 x K0,770,77 sendo K = (L/sendo K = (L/√S) = √(L³/H)√S) = √(L³/H)
�� Onde: Tc = tempo de concentração (mim);Onde: Tc = tempo de concentração (mim);
�� L = Comprimento máximo percorrido pela água dentro dá área de L = Comprimento máximo percorrido pela água dentro dá área de 
contribuição;contribuição;
�� S = declividade geral da área de contribuição;S = declividade geral da área de contribuição;
�� H diferença de nível entre o ponto mais afastado e a saída.H diferença de nível entre o ponto mais afastado e a saída.
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DrenagemDrenagem superficialsuperficial emem áreasáreas comcom excessoexcesso dede umidadeumidade
�� Situação:Situação:
�� Regiões úmidas e semiRegiões úmidas e semi--úmidas;úmidas;
�� Várzeas.Várzeas.
�� Solução:Solução:
�� Associar drenagem superficial com drenagem do solo.Associar drenagem superficial com drenagem do solo.
SistemasSistemas dede DrenagemDrenagem SuperficialSuperficial
�� Sistema Natural:Sistema Natural:
�� Sistema em Camalhão:Sistema em Camalhão:
SistemasSistemas dede DrenagemDrenagem SuperficialSuperficial
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SistemasSistemas dede DrenagemDrenagem SuperficialSuperficial
�� Sistema Interceptor:Sistema Interceptor:
SistemasSistemas dede DrenagemDrenagem SuperficialSuperficial
�� Sistema com drenos rasos e paralelos:Sistema com drenos rasos e paralelos:
SistemasSistemas dede DrenagemDrenagem SuperficialSuperficial
�� Sistematização:Sistematização:
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CapacidadeCapacidade dosdos DrenosDrenos
�� Importância: projetar sistema de drenagem superficial em Importância: projetar sistema de drenagem superficial em 
qualquer área;qualquer área;
�� Determinação:Determinação:
�� Método do balanço hídrico:Método do balanço hídrico:
�� Q = 2,78 CdQ = 2,78 Cd
�� Onde:Onde:
�� Q = capacidade do dreno, em l sQ = capacidade do dreno, em l s--11;;
�� Cd = Coeficiente de drenagem.Cd = Coeficiente de drenagem.
�� Sendo que:Sendoque:
�� Cd = (PCd = (P--EvEv--VIB) (Td)VIB) (Td)--11
�� Onde: P = precipitação máxima da área (mm diaOnde: P = precipitação máxima da área (mm dia--11););
�� Ev = evaporação na área (mm diaEv = evaporação na área (mm dia--11););
�� VIB = velocidade de infiltração básica (mm diaVIB = velocidade de infiltração básica (mm dia--11););
�� Td = tempo de drenagem, (horas por dia de balanço hídrico)Td = tempo de drenagem, (horas por dia de balanço hídrico)
DimensionamentoDimensionamento drenagemdrenagem subterrâneasubterrânea
�� Objetivo: remover o excesso de água no interior do soloObjetivo: remover o excesso de água no interior do solo
�� Determinar:Determinar:
�� Lâmina a ser retiradaLâmina a ser retirada
�� Diâmetro do drenoDiâmetro do dreno
�� Espaçamento entre os drenosEspaçamento entre os drenos
�� Lâmina a ser retiradaLâmina a ser retirada
�� Coeficiente de drenagemCoeficiente de drenagem
�� SoloSolo
�� CulturaCultura
�� Fonte de águaFonte de água
t
Hd
Q
∆
×
=
β
Q = vazão de saída de água: ‘mm/dia’
Hd = lâmina que drena ‘mm’
β = porosidade livre (%)
∆t = tempo (dia)
DimensionamentoDimensionamento dede drenagemdrenagem subterrâneasubterrânea
�� Diâmetro do dreno (DDiâmetro do dreno (Ddd))
�� Espaçamento entre drenos (S)Espaçamento entre drenos (S)
�� Fluxo permanenteFluxo permanente
�� Equação de Donnam (1946)Equação de Donnam (1946)
3749,02557,0 QDd ×=
Q
dDKo
S
)(4 222 −××=
�� Fluxo variávelFluxo variável
�� Equação de Glover Dirm (1954)Equação de Glover Dirm (1954)






××
××
=
t
o
h
h
dtKo
S
16,1ln
2
β
π
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ExercícioExercício
�� Considerando uma área, no semiConsiderando uma área, no semi--árido Paraibano, com nível árido Paraibano, com nível 
freático em 40 cm, onde esta plantado capim elefante que freático em 40 cm, onde esta plantado capim elefante que 
mantém o sistema radicular a 90 cm de profundidade, mantém o sistema radicular a 90 cm de profundidade, 
tolerando até 3 dias de estresse anoxitico a deseja uma tolerando até 3 dias de estresse anoxitico a deseja uma 
porosidade livre de água de 10%, calcular:porosidade livre de água de 10%, calcular:
A)A) A lâmina a ser retirada da área.A lâmina a ser retirada da área.
B)B) O diâmetro do dreno lateralO diâmetro do dreno lateral
C)C) O espaçamento entre os drenos (fluxo variável)O espaçamento entre os drenos (fluxo variável)