Rede Agronomia

Rede dos Engenheiros Agrônomos do Brasil

HIDROLOGIA, do Grego, Hydor = água + Logos = estudo, é a ciência que trata da água em todos os seus estados físicos, de sua ocorrência, distribuição e circulação na Natureza. Como mostra o mapa mental abaixo, a Hidrologia Física trata da água na atmosfera, dos oceanos e correntes marinhas, da neve e gelo, da água subterrânea e das de superfície. Já a Hidrologia Aplicada (ou o uso da Engenharia na Hidrologia) tem como focos: o abastecimento d´água, controle das enchentes, a irrigação, conservação do solo, geração de energia hidrelétrica e uso recreativo da água.

Neste outro mapa mental, elaborado por mim anos atrás, no ramo profissional da Engenharia, a Hidrologia é contemplada pelo menos nas atividades de projeto de barragens, irrigação e pequenas centrais hidrelétricas (PCH). Na Zootecnia, destaquei a piscicultura. Já para o ramo que chamei de Agronomia propriamente dita, a Hidrologia é citada apenas duas vezes: em Pedologia (conservação do solo com práticas que evitem a erosão hídrica), e Climatologia, de importância fundamental pelas chuvas para a produção agrícola, nas propriedades que não se utilizam da irrigação.

Se no nosso currículo ainda constasse o estudo das Florestas, eu teria destacado a Hidrologia Florestal.

Das incursões do Engenheiro Agrônomo na Hidrologia Aplicada, observando a parte de baixo do mapa mental estrangeiro, abstraindo o uso recreativo da água, eu destacaria o abastecimento de água e o controle de enchentes pois, apesar de não constarem dos nossos currículos e atribuições profissionais, temos plena capacidade técnica para resolvê-los, pelo menos na zona rural.

Para mostrar a beleza dessa Ciência (a Hidrologia), basta exibir uma foto tirada de satélite, como a aí de baixo. A linha grossa amarela divide a imagem em duas partes, que se distinguem pelas Densidades de Drenagem diferentes. Que lição tirar desse fato ? A parte inferior da imagem, com maior densidade de drenagem (maior número de rios por hectare), indica subsolos mais duros e impermeáveis, forçando um maior escoamento superficial. Quando eu lecionava Hidrologia para alunos de Engenharia Florestal da UFRRJ na década de 90 e fomos visitar o setor de Geoprocessamento da CPRM aqui no Rio de Janeiro, apareceu na tela de um computador uma imagem de satélite parecida com essa e, o operador nos disse que, pela razão que expliquei acima, foi feita uma inspeção local, e a área era de uma jazida de Ferro.

A Lei das Águas

Este mês celebram-se os dez anos de promulgação da Lei nº 9.433/97, conhecida como Lei das Águas. Ela instituiu no Brasil a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (Singreh). Tendo como enfoques principais a bacia hidrográfica, e os Comitês de Bacias, e a outorga de água para irrigação, a Hidrologia se faz presente na maioria de seus artigos e parágrafos.

Exemplo da aplicação da Hidrologia na Agronomia

A irrigação (logo depois dos estudos para construção de barragens de terra e de pequenas centrais hidrelétricas), por demandar mais de 70% da água retiradas dos mananciais, é a prática que mais necessita de conhecimentos de Hidráulica e de Hidrologia. Levando em conta que o manancial mais utilizado no Brasil são os rios e córregos, resolvemos usar como exemplo uma das tarefas mais importantes da Hidrologia, que é o estudo do regime dos rios, ou seja, as variações dos seus níveis de água e vazões ao longo do tempo, o que se faz com o desenho da sua Hidrógrafa.

A Figura abaixo resume, em 4 etapas, os principais estudos necessários (da esquerda para a direita e de cima para baixo): a construção da curva que relaciona vazão no eixo vertical e tempo no horizontal; a delimitação da bacia hidrográfica em estudo; o cálculo da precipitação média na bacia; e a duração do excesso de chuva.

A Figura abaixo apresenta os cálculos usados para a solução do problema. Trata-se de calcular o efeito de três chuvas efetivas sobre uma bacia de 9 km² e a hidrógrafa resultante. O cálculo do Fi-Índex diz respeito à altura de chuva necessária para gerar o escoamento superficial que resultou nas hidrógrafas parciais e final.

Concluindo: aceite o meu convite. Estude Hidrologia. O meio ambiente agradece.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO terça-feira

POR QUE OS SEDIMENTOS SÃO IMPORTANTES

https://youtu.be/9ym9A2S7dtA

Das consequências negativas do acúmulo de sedimentos nos cursos de água, o mais visível e sentido é o assoreamento (ou acúmulo de areia) do leito, impedindo a navegação. Por outro lado, são uma fonte importante de insumo para a construção civil (composição do cimento).

assoreamento.gif (Hidrologia)

O sedimento é importante porque geralmente enriquece o solo com nutrientes. Por meio da erosão e da agregação, grandes quantidades de sedimentos são trazidos das elevações mais altas para as planícies e grandes planícies férteis são formadas. As áreas ricas em sedimentos geralmente também são ricas em biodiversidade. O solo sedimentar geralmente é melhor para a agricultura. Os deltas e as margens dos rios, onde muitos sedimentos são depositados, costumam ser as áreas agrícolas mais férteis de uma região. Estudos indicam que o Ganges carrega 262 milhões de toneladas/ano e o Brahmaputra 387 milhões de toneladas/ano de sedimentos, fazendo com que suas várzeas do curso inferior uma das mais férteis do mundo. (1)

Como comparação, o Rio Amazonas transporta 270 milhões de toneladas/ano de sedimentos, mais do que o rio Ganges na Índia e, uma das consequências é que na sua foz, próximo ao Amapá, formou-se o maior banco camaroneiro do mundo.(2)

A Figura abaixo apresenta um exemplo prático da presença de partículas em suspensão na água que, por efeito de densidades diferentes, não se misturam. Trata-se do encontro das águas dos rios Negro e Solimões, na Amazônia.

O sedimento tem também uma função ecológica. Os processos de sedimentos são uma parte extremamente importante em muitos ecossistemas, bem como de importância primária para determinadas espécies. Por exemplo, vários organismos em ambientes marinhos e de água doce dependem da reposição de sedimentos para seu habitat reprodutivo. Mudanças no sedimento (muito ou pouco) podem mudar os substratos ou fazer com que o sedimento não seja depositado nos locais apropriados.

Os sedimentos são importantes na formação de praias, bancos de areia e estuários e fornecem substratos para plantas e animais aquáticos. O sedimento também fornece nutrientes e minerais vitais para a saúde dos ecossistemas a jusante.

Concentração de sedimentos em suspensão

Origem dos sedimentos fluviais

Os usos do solo que podem afetar os sedimentos  incluem:

  • Características físicas e hidrológicas da bacia hidrográfica, como declive, uso do solo, cobertura do solo, urbanização, práticas agrícolas, desmatamento, degradação florestal etc.,
  • Intensidade de erosão na bacia hidrográfica (laminar, eólica, voçoroca e erosão do leito do riacho), incluindo a superexploração de minerais,
  • Qualidade, quantidade e concentração do sedimento trazido pelo rio,
  • Tamanho, formato e comprimento do reservatório e estratégias de operação que afetam a eficiência da descarga do fundo,
  • Retificação de cursos d´água e
  • Aumento da vazão em trânsito.

 

Portanto, a erosão do solo e partículas de rocha conduzidas pela água da bacia hidrográfica mal gerida durante as fases erosivas do regime do rio, a adição de sedimentos extra e a carga de lodo através da atividade humana em planícies de inundação, perturbam o regime natural de sedimentos do rio e fazem com que crie deposição indesejada e efeitos erosivos.

REF.

[1] https://www.indiawaterportal.org/articles/faq-sediment-management

[2] https://www.scielo.br/pdf/bjgeo/v41n4/2317-4692-bjgeo-41-04-566.pdf

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 21 outubro 2020 às 21:59

SEDIMENTOS FLUVIAIS

Os rios não apenas transportam água, mas também transportam sedimentos da bacia para o mar ou o emissário do rio. Na maioria das circunstâncias, o fluxo de água forma tanto a calha e a planície forma o rio. Como resultado, todos os rios naturais são sujeito a alterações, seja por erosão, deposição ou alteração da forma da planície. As tarefas dos Engenheiros Hidráulicos são realizadas para alterar de alguma forma o fluxo de água. Essas mudanças normalmente também resultam na alteração do movimento do sedimento dentro do canal e, portanto, a forma do canal e a forma da planície. (1)

O depósito de sedimentos pode ocasionar o aumento da ocorrência de enchentes, reduzir a vida útil de reservatórios, prejudicar a prática da navegação e elevar os custos de tratamento da água, entre outros. (2)

Muitos ecossistemas se beneficiam do transporte e da deposição de sedimentos, direta ou indiretamente. O sedimento constrói habitats aquáticos para a desova e organismos bentônicos. Também é responsável por fornecer nutrientes às plantas aquáticas, bem como à vegetação em ecossistemas próximos à costa, como planícies aluviais e pântanos. Sem a deposição de sedimentos, as zonas costeiras podem sofrer erosão ou não existir.

A Figura abaixo mostra uma das piores consequências do depósito de sedimentos fluviais no leito do rio, impedindo a navegação e a retirada de água para outros fins (abastecimento, dessedentação de animais, irrigação, indústrias, etc.). Nos reservatórios sem descarga de fundo, o acúmulo de sedimentos pode mesmo inviabilizar o seu uso, causando grandes prejuízos.

Origem ou fonte

Os sedimentos vêm de fatores geológicos, geomórficos e orgânicos. A quantidade, material e tamanho do sedimento transportado é uma soma dessas influências em qualquer hidrovia em particular. Os sedimentos transportados em rios com cabeceiras de uma cordilheira geralmente incluem lodo glacial, enquanto um corpo de água cercado por pântanos será inundado com material orgânico em decomposição.

As fontes da geração de sedimentos são:

  • Erosão laminar de terras agrícolas, florestais e terrenos baldios,
  • Movimentos de massa do solo devido a deslizamentos e escorregamentos,
  • Voçoroca por escoamento concentrado de água,
  • Erosão do rio, incluindo desbarrancamento e erosão do leito,
  • Erosão causada por inundações,
  • Erosão em estradas, ferrovias, desmatamento para habitação e indústrias, etc., e
  • Mineração e despejo deixados como resíduos.

Produção

Classificação

Tipos

Movimentos

Basicamente, distinguem-se três modos de movimentos de partículas de sedimentos: (1) rolamento e deslizamento, (2) saltos, (3) movimento em suspensão. Os movimentos de rolamento e/ou saltos se dão quando o valor da velocidade de cisalhamento supera o valor crítico do início do movimento. Segundo Van Rijn, de acordo com Bagnold, uma partícula é suspensa quando a velocidade de cisalhamento (u*) excede a velocidade de queda (Wb). Consequentemente, o modo de transporte através de saltos é dominante quando a velocidade de cisalhamento é menor do que a velocidade de queda (u*/Wb < 1).

 

Fatores que influenciam o transporte

Fórmulas

Mobilidade da partícula

Medição

Projeto

O exercício abaixo apresenta três versões para o mesmo problema (estimar a velocidade média do fluxo e a descarga de um rio) sendo que, na primeira, o Raio Hidráulico (R) da equação de Manning é substituído pela profundidade (d), o que é possível quando a largura do mesmo é de 40 m ou mais; na segunda, com equações empíricas de Lacey e, na terceira, com as equações convencionais.

REF.:

[1] Sediment transport & alluvial resistance in rivers, DEFRA, 2008.

https://www.therrc.co.uk/MOT/References/EA_DEFRA_Sediment_transport...

[2] Avaliação de Métodos de Cálculo do Transporte de Sedimentos em um Pequeno Rio Urbano, Juliana Scapin e auxs., Santa Maria – RS, 2007.

http://jararaca.ufsm.br/websites/paiva/download/ScapinRBRH.pdf

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 27 setembro 2020 às 9:05

HIDRÁULICA, A CIÊNCIA IRMÃ DA HIDROLOGIA

Hidráulica, do Grego: Hydor = água + Aulos = condução/condutos, Ciência que estuda as características físicas de fluidos líquidos em repouso (confinados ou Hidrostática) ou em movimento (escoamentos ou Hidrodinâmica).

Como mostrado na Figura acima, a maior aplicação da Hidráulica na Agricultura, fica por conta da irrigação e drenagem; além disso, uma prática muito requisitada para fins de irrigação, é a medição de vazão ou descarga dos rios e córregos. O mapa mental abaixo mostra como se faz.

Outras quatro formas ou métodos de medição são mostrados a seguir. O volumétrico é simples, e basta cronometrar o tempo que o recipiente leva para encher; p. ex.: 20 litros em 5 segundos = 4 litros por segundo. O método dos traçadores, muitas vezes, é o único possível em córregos com pouca vazão e pedregosos, mas requer precisão nas medidas de concentração no início e final do percurso.

O método do molinete consiste em medir a geometria da seção transversal do córrego no ponto (área ou A) e a velocidade do fluxo (V), com molinete hidrométrico, em faixas verticais, obtendo-se a vazão (Q = A*V) posteriormente. O método acústico ou ADCP (Medidor Acústico de Corrente por Efeito Doppler) consiste em emitir pulsos acústicos ao longo de feixes estreitos em uma frequência conhecida. A diferença das frequências dos sons emitidos e refletidos é proporcional a velocidade relativa entre o barco e as partículas imersas na água.

As calhas (Parshall, WSC e outras) e vertedores (retangulares, trapezoidais, triangulares e outros) são usados para medir pequenas vazões, com base em fórmulas empíricas que levam em conta, principalmente, o nível da água no seu interior.

Uma visão geral dos métodos usuais de medição de vazão ou descarga nos rios e córregos é mostrada na Figura abaixo.

Medição de Vazão com Molinete

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 17 setembro 2020 às 9:16

ÁGUA NA AGRICULTURA

A agricultura é a maior usuária de água em todo o mundo, respondendo por 70 por cento do total de água doce retirada em média dos mananciais - mas esses valores podem chegar a 95 por cento em alguns países. A agricultura também é uma importante fonte de poluição da água por nutrientes, pesticidas e outros contaminantes que, se não gerenciados, podem levar a custos sociais, econômicos e ambientais significativos. (1)

Usam-se entre 1 e 3 toneladas de água para cultivar 1 kg de cereal. Um quilo de carne bovina precisa até 15 toneladas de água. A FAO estima que sejam necessários entre 2.000 e 5.000 litros de água para produzir a comida diária de uma pessoa.

O mapa mundi abaixo mostra os países com escassez de água potável devido à irrigação.

Dada a crescente demanda por água potável em setores concorrentes, a noção de que a agricultura deve “Produzir mais alimentos com menos água” tornou-se evidente, razão porque os métodos de irrigação com menor eficiência no consumo de água, como a inundação e os sulcos de infiltração, desde a década de 70, vêm sendo substituídos pela aspersão e o  gotejamento.

A mudança da irrigação de superfície para a irrigação pressurizada e o transporte de água que era feito em canais e passou a ser feito em tubulações, ajudou a melhorar a conservação dos recursos hídricos.

A conservação da água na fazenda, particularmente a adoção de práticas agrícolas que reduzem o escoamento superficial (como as curvas de nível) e aumentam a infiltração e o armazenamento de água no solo (plantio direto) na agricultura de sequeiro, são opções de aumento da oferta local de água mais relevante, que os agricultores têm para aumentar a produção.

Boas práticas agrícolas, com base no manejo do solo, água, fertilidade e controle de pragas, combinadas com melhor acesso aos mercados, podem levar a melhorias significativas na produtividade agrícola, e adaptação às mudanças climáticas, com baixo impacto nos recursos hídricos.

O sensoriamento remoto e as tecnologias de informação e comunicação (TICs), combinadas com dados in-situ, podem ser usados para avaliar o balanço de água no solo e a produção de biomassa, para monitorar produtividade da terra e da água. Dessa forma, os agricultores podem ser auxiliados na obtenção de rendimentos mais confiáveis, e os especialistas em irrigação terão acesso a informações para melhorar seus serviços de distribuição de água.

O mapa mental abaixo apresenta algumas sugestões para a Gestão Ambiental Rural, algumas das quais se refletem na economia de água.

REF.:

(1)    http://www.fao.org/3/a-i7959e.pdf

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 14 setembro 2020 às 11:02
Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 setembro 2020 às 11:46

DESENHO DA HIDRÓGRAFA NO R

A importância da Hidrologia para a Agronomia cresceu muito com a chegada de softwares como o R, que dispõe de pacotes específicos sobre o tema,  como mostra a Figura abaixo.

A interpretação do desenho de uma simples Hidrógrafa Triangular, auxilia bastante o Engenheiro a interpretar os fenômenos hidrológicos de uma bacia hidrográfica, como mostra a planilha abaixo.

Bom proveito.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 12 setembro 2020 às 17:56

HIDROLOGIA DO SOLO

Taí outro termo que eu não conhecia. Sou Engenheiro Agrônomo especializado em Irrigação e, para mim, a “Hidrologia do Solo” era a parte da Hidrologia que cuidava da Água Subterrânea (Groundwater Hydrology); exceto, é claro, aquela parte da chuva que provoca a erosão do solo, como mostra a Figura abaixo.

A função hidrológica do solo é impulsionada pelo ciclo hidrológico. Os processos hidrológicos do solo incluem infiltração, armazenamento, redistribuição, drenagem, evaporação e transpiração. Todos os processos hidrológicos do solo ocorrem dentro do espaço dos poros do solo. A porosidade descreve o volume relativo do espaço vazio entre as partículas de solo que podem ser preenchidas com ar ou água. A porosidade do solo depende da textura e estrutura do solo. Solos de textura grossa tendem a ter menos espaço poros do que solos de textura fina, embora o tamanho relativo dos poros em solos de textura grossa tenda a ser maior do que em solos de textura fina. A origem de alguns poros deve-se à orientação e disposição das partículas do solo; outros são atribuídos a vazios entre agregados do solo, enquanto alguns são o resultado da atividade biológica de raízes em crescimento, minhocas ou outros insetos escavadores. Os poros do solo diferem em tamanho, formato e orientação e formam uma rede complexa de canais de fluxo irregular interconectados que são difíceis de caracterizar geometricamente. (1)

Compreender o comportamento hidrológico dos solos é essencial para o manejo e proteção dos ecossistemas agrícolas (e naturais). O comportamento hidrológico do solo não só determina principalmente a resposta da cultura à água e nutrientes fornecidos pela irrigação e fertilização, mas também o tempo para o preparo do solo, as condições ambientais para doenças de plantas, entre outros fatores. (2)

Hidrologia dos Tipos de Solos

Uma classificação dos solos do Reino Unido com base hidrológica, foi feita a partir de dados existentes que descrevem tanto os solos e sua distribuição, e as respostas hidrológicas das bacias. A classificação foi embasada em modelos conceituais dos processos que ocorrem no solo e, quando for o caso, no substrato. (3)

REF.:

(1)https://swroc.cfans.umn.edu/agricultural-programs/soil-science/soil...

(2)“Soil Hydrology in Agriculture”, Angelo Basile et aux., Itália, 2019.

(3)http://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/7369/1/IH_126.pdf

Boa leitura.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 9 setembro 2020 às 10:57

HIDROLOGIA AGRÍCOLA

Eu sou Engenheiro Agrônomo (aposentado do MEC) que já lecionou Hidrologia na UFRRJ (Rural do Rio) durante alguns anos mas, sinceramente, desconhecia a denominação acima. Aqui está a prova do crime:

Este Manual de Campo, de 556 páginas, publicado em 1979 pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, mostra que eu estava desatualizado quanto à terminologia.

Algo parecido (AGROHIDROLOGIA), que eu também desconhecia, apareceu nesta minha rápida pesquisa no Google:

O que abranda a minha culpa é que agora mesmo, consultando a Wikipédia (sobre a definição e os ramos da Hidrologia), o termo que encabeça este blog, não aparece.

Ramos da Hidrologia e Recursos Hídricos

Classificação da Hidrologia

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 7 setembro 2020 às 19:32

HIDROLOGIA AGRÍCOLA

Fonte: 

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrology_(agriculture)

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