View
239
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Derrel L. MartinProfessor, Engenharia de Irrigacao e Recursos HidricosDepartamento de Engenharia de Sistemas Biologicos
University of Nebraska-LincolnLincoln, NE
Irrigacao em casos de escassez hidrica
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Nebraska
Lincoln
1,7 milhoes de pessoas
Precipitacao:
380 mm900 mm
700 km
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Nebraska 20 milhoes ha
Minas Gerais 59 milhoes ha
Nebraska Comparacao de tamanhos
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Muitas perspectivas – Esta e a minha
O que voce ve nesta
imagem?
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Terras Irrigadas, EUA
0
5
10
15
20
25
2007 2002 1997
Te
rra
sir
rig
ad
as
, m
ilh
oe
sd
e h
a
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Metodos de Irrigacao utilizados nos EUA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Gra
vit
y
sys
tem
s
Sp
rin
kle
r syste
ms
Dri
p,
tric
kle
, o
r lo
w-f
low
m
icro
sp
rin
kle
rs
Su
bir
rig
ati
onTe
rra
sir
rig
ad
as
, m
ilh
oe
sd
e h
a 2003 2008
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Distribuicao de Metodos de Irrigacao por
aspersores nos EUA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Ce
nte
r P
ivo
ts
Lin
ear
Mo
ve
So
lid
Set
Sid
e
Ro
ll, W
hee
l M
ove
Big
G
un
, Tra
ve
lle
r
Han
d
Mo
ve
Te
rra
sir
rig
ad
as
, m
ilh
oe
sh
a 2003 2008
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Terras irrigadas – EUA, 2008
66
60
204
146
100
187
185
160215
164
215
338349
277433
499
408
495
378
788
712
606
679
588
2,169
2,967 1,160
1,344
1,041
3,387
1,819
Thousands of Hectares of Irrigation
0 - 50
51 - 100
101 - 250
251 - 500
501 - 1,000
1,001 - 3,500
±
0 500 1,000 1,500 2,000250Kilometers
Nebraska
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Terras Irrigadas por aspersores (sprinklers) -
EUA, 2008
66
59
85
198
120
161
185
162204
164
204
72
94
186
211
75
197
58
382
357
437
143
558
164
1,697
554 568986
1,052
330
2,722
Thousands of Hectares of Sprinkler Irrigation
0 - 50
51 - 100
101 - 250
251 - 500
501 - 1,000
1,001 - 2,750
±
0 500 1,000 1,500 2,000250Kilometers
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Irrigacao por gravidade (gravity) – EUA, 2008
2
1
8
2
3127
3
21
27
1
186310
186
21
245
306
192
333
447
81
271
468
434
418
751,696 626
323
676
1,517
Thousands of Hectares of Gravity Irrigation
0 - 25
26 - 50
51 - 100
101 - 250
251 - 500
> 500
±
0 500 1,000 1,500 2,000250Kilometers
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Irrigacao por gotejamento (drip) – EUA, 2008
0.1
3.5
0
0.3
0.6
4.6
0.5
0.6
0.7
12.5
12.5
1
0.3
12.3
1.3
21.9
0.1
39.6
222.4
0.7
1.3
56
32.8
1.4
70.2
9.3945.8
9.2
3.8
1.7
2.8
Thousands of Hectares of Drip Irrigation
< 5
5 - 10
10 - 25
25 - 50
50 - 100
> 100
±
0 500 1,000 1,500 2,000250Kilometers
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Co
lora
do
Kan
sas
Ne
bra
ska
N. M
exic
o
N. D
ako
ta
Okl
aho
ma
S. D
ako
ta
Texa
s
Wyo
min
g Pe
rce
nt
of
Lan
d Ir
riga
ted
by
Syst
em
sDrip / Trickle Gravity Systems Sprinkler Systems
Irrigacao - Great Plains, 2007
Farm and Ranch Irrigation Survey-2007
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Reservatorios e Rede de Canais para
Projetos de Irrigacao
Aproximadamente 30% das terras em Nebraska saoirrigadas com aguas superficiais(rios e reservatorios) A maioria na Bacia do Platte River
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Columbia River – Washington (bombeado do rio- 70 to 250 m desnivel)
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Milho irrigado – graos, acres colhidos: 2002 Soja irrigada – graos, acres colhidos: 2002
Sorgo irrigado – graos, acres colhidos: 2002 Trigo irrigado – acres colhidos: 2002
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Pocos de irrigacao
ativos > 90,000
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
IRR
IGA
TIO
N W
EL
LS
PE
R D
EC
AD
E
Irrigation
Well
DESENVOLVIMENTO
DA IRRIGACAO
Maior
desenvolvime
nto ocorreu na
decada de
70, mas o
crescimento
continua
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Niveis da Agua
Subterranea
.
Water Level Changes, feet
< -50
-50 to -40
-40 to -30
-30 to -20
-20 to -10
-10 to 0
0 to 10
10 to 20
20 to 30
30 to 40
40 to 50
Mudaram do desenvolvimentoinicial ate 2005
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Caracteristicas do Aquifero High Plains (McGuire, 2009)
State
Percent of
total aquifer
area, %
Average
area-
weighted
saturated
thickness in
1980, ft
Volume of
drainable
water in
storage in
1980,
million ac-ft
Portion of H.P.
Aquifer
Drainable
Water in State
(1980), %
Change in
Storage from
~ 1950 to
2007, million
ac-ft
2007 Aquifer
Depletion as
Percent of
1980
Storage
CO 8.6 79 120 3.7% -17.4 14.5%
KS 17.5 101 320 9.8% -63 19.7%
NE 36.6 342 2,130 65.5% -21.4 1.0%
NM 5.4 51 50 1.5% -10.3 20.6%
OK 4.2 130 110 3.4% -12.2 11.1%
SD 2.7 207 60 1.8% -0.6 1.0%
TX 20.4 110 390 12.0% -140.1 35.9%
WY 4.6 182 70 2.2% -2.3 3.3%
Total 100 190 3,250 -267.5 8.2%
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Distribuicao
1. Agua nao esta aonde “NOS” a queremos.
2. Quanto da agua subterranea e utilizavel?
• Vazao do rio e afetada porqueo lencol freatico se aprofunda e menos agua alcanca essavazao.
• Demandas a jusante podemconflitar com o uso local daagua subterranea
• Partes do aquifero nao podemser explorados.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Regioes com Elevado Indice de Nitrato-Nitrogenio em agua subterranea
Conentracao max admissivel = 10 mg/L
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Zonas afetadas
www.gulfhypoxia.net
Zonas afetadas por falta de
oxigenio e nutrientes no
Golfo do Mexico devido ao
excesso de nutrientes na
agricultura. Diretamente
relacionado a agua de
drenagem dos estados do
Cinturao do Milho.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Funcoes e Processos do Ecossistemas
Como criar incentivos para o produtor?
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Especies em extincao dependemdos rios de Nebraska
Least Tern
Piping Plover
Pallid Sturgeon
Whooping Crane
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Vazao do poco
Nivel estatico da
agua
Nivel dinamico da agua
Base do aquifero
Retirada
Lencol freatico
do aquifero
Vazao
BOMBEANDO DE AQUIFEROS LIVRES
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Fator de reducao emvazao
Vazao
do pocoInfiltracao em leito do rio
Distancia entre o curso d’agua e o poco
Fracao do bombeamento
advinda do rio.
Sedimentos
no rioInfiltracao
Do rio
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Moratoria do bombeamento
Areas adequadamente exploradas e superexploradas em
Nebraska
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Uso das Terras em Nebraska - 2003
Pastagens49%
Sequeiros/Feno28%
Culturas -irrigacao
/Feno16%
Outros Usos6%
Corregos e represas
1%
93% das Terras
utilizadas
por produtores e
fazendeiros
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Suprimento de Agua em Nebraska (condicoes medias)
~ 88% da Precipitacao: Evapotranspirada
~ 6% da Precipitacao direcionada a aumentar Vazao
~ 8% da Evapotranspiracao devido a Irrigacao
ET = 506 mm / ano
Precipitacao
= 574 mm / ano
Entrada Agua
Superficial
23 mm / ano Saida Agua
Superficial =
58 mm / ano
Outras formas
de consumo =
33 mm / ano
Source: USGS
National Water
Summary 1987 –
Water Supply and
Use: Nebraska
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
WATER DEVELOPMENT PHASES IN A WATERSHED
I II
DESENVOLVIMENTO
Retirada
de Agua
Superficial
Bombea-
mento de
lencol
raso
Constru-
cao
de
barragens
e canais
e
Bombea-
mento de
lencol
profundo
III IV
CONSERVACAO
Reducao
de
Demanda,
Aumento
de
eficiencia
e
Reducao
De uso do
aquifero
Tratamen-
to de
agua
e
Recupe-
racao
(reuso)
V VI
AUMENTO DA
DISPONIBILIDADE
Transpo
sicao
de
bacias
Medidas
Extremas
-
Dessalini-
zacao
de
agua do
mar
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Sustentabilidade da
Irrigacao
1. O que sustentar? economia,
ecossistemas?
2. Equilibrio da disponibilidade a montante (rural) vs necessidades
a jusante?
3. O que fazer com a agua subterranea?
4. Como manejar ao longo do tempo?
5. Equilibrar os direitos da propriedade contra o bem da
“comunidade”?
6. Definir estrategias de “Manejo adaptado” e experiencia de
outros?
7. Precisamos muito de procedimentos bem concebidos.
Parece simples mas ha muitas
questoes e consequencias.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Precos de energia / Producao
Impacto do biocombustivel
• ~ 25% do milho em Nebraska etanol
• Pouca agua e usada no processo
• Limitada expansao de terras irrigadas
• O milho produziria de qualquer forma?
• Maior uso na
agricultura em
Nebraska
= 375 L/ha
• Custo igual ao
fertilizante ou
semente
• Grandes incentivos
para melhorar o
manejo
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
Pri
ce o
f F
uel, $
/gallo
n
Diesel Propane
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Uso da energia em Nebraska para Irrigacao - 2007
52%
32%
11%
5%
0%0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Electricity Diesel Natural Gas Propane Gasoline & Gasohol
Per
cen
t o
f Ir
rig
ate
d A
rea
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Bomba com selo mecanico desgastado
Selo
desgastado
Parte da agua e rebombeada e repressurizada
Selo
desgastado
Vazamento
interno
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Resultados de Testes no
Norte de Dakota em 2000
Rendimento geral %Pivos centrais
Irrigacao
Superficial
Todos os
Sistemas
>90 28 16 44
80-89 22 11 33
70-79 28 5 33
<70 22 68 90
100 100 200TOTAL
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
O meu pivo esta operando como deveria?
Exemplo dos nossos programas
educaionais para atender os produtores
no manejo dos pivos.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
O que vemos nos campos?
• Problemas de instalacao e manutencao dos aspersores
• Pressao inadequada no centro do pivo para atender a
vazao e uniformidade desejada
• Capacidade do sistema nao e apropriada para as
necessidades da cultura
• Instalacao do aspersor que diminui uniformidade e nao
provoca a reducao esperada na evapotranspiracao
• Escoamento superficial devido a selecao inadequada de
aspersores ou do sistema operacional
• Monitoramento inapropriado de sistemas para garantir
operacao adequada.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Exemplo de problemas de bocais nos Pivos
Rogers et al , 2009
Se os aspersores nao estao adequadamente instalados e sem boa
manutencao, nao e possivel obter alta eficiencia
Boa uniformidade
Vazamento
Ajuste
Canhao final
Bocais Invertidos
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Monitorar a Pressao e Vazao
• Uma das maneiras maisbaratas de monitorar suamaquina
• Saber a pressao certa• Se a pressao estiver
errada, o sistema nao podeestar operandocorretamente.
Muitas areas requerem
medidores de vazao, use-
os para o manejo
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Perdas por evaporacao de aspersores e sprayers
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Placa serrilhada-
a 30,5 cm da cultura
Impacto do aspersor -
4,2 m acima do solo
Sequeiro
Qu
an
tid
ad
ed
e a
gu
a, p
ol/
dia
Transpiracao Gotas FolhagemSolo
Thompson, et al(1997)Bushland, TX: 1992, 90F, 15 mph, dry
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Perdas por evaporacao e derivasao geralmente superestimadas
Selecionar mecanismos que
produzem gotas maiores para
minimizar Deriva e Evaporacao
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
O escoamento acontece
Depende do Solo,
Capacidade do
sistema, Manejo,
modelo do aspersor ,
…
Uma das maiores
“perdas” potenciais
da agua para Pivos
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
2668 2668
8840
8840 3952
3952
2667
2671
• Zoom in: detalhes do
campo, ou
• Usar descricoes para
localizar mancha de
solo.
Mapa de solos
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Monitoramento Automatizado e Sistemas
por Telemetria
Total
Profile
Water
Allowable Depletion
Full Profile
Profile
Water
Content
20”
36”
12”
4” 8” Date
Wa
ter
Co
nte
nt
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Controle Remoto dos sistemas de Irrigacao
Pictures Courtesy of Valmont Industries
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Mapas na Tela
• Os mapas na tela disponibilizam visilmente as informacoes
• O status da Maquina e codificado de acordo com cores: • Azul: esta irrigando
• Verde: esta faltando agua
• Cinza: esta desligado
• Vermelho: esta aplicando agua e quimicos
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
PRO2 Painel
Download
Mapa VRI
Geracao
de VRI Rx VRI-Zone Control
VRI VRI
Zona
1
Zona
2
Zona 29 Zona 30Cabos
eletricos
do vao Valvula do
solenoide
Canhao
final
Tubulacao
• Nao requer cabos adicionais (conexao plug-and-play nos cabos do vao existentes)
• Design simples utilizando componentes existentes, ja instalados
• Controles: acionar/desligar e/ou de aplicacao em areas
• Requer caixa de controle a cada duas zonas individuais de aspersores
Dados inseridos de mapas pedologicos, dados
amostrais, mapas de rendimento ou outras
informacoes no software Valley VRI
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Potencial com Taxa de irrigacao variavel HidrozonasMais de 5000 diferentes zonas possiveis
Campo
Definicao
Das Zonas
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
MapeamentoValley VRI
Em seguida
importe qualquer
imagem de fundo
do campo
Primeiro, configur
e seu
equipamento
Apos, crie sua
prescricao
Finalmente, carre
gue a prescricao
no Painel.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
MANEJO DE AGUA EM NEBRASKA: TORNANDO-SE MUITO COMPLEXO
Ainda explorando possibilidades, probabilidades e Limitacoes
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Para onde vai a agua da irrigacao?
Deriva ou aguanao aproveitada
Evaporacao de gotas
Evaporacao defolhagem
Escoamento
Percolacao profunda
Infiltracao
Transpircao
RedistribuicaoDo escoamento
Percolacao profundaDo escoamento
ET escoamentoEvaporacaoDo solo
EscoamentoPara corregos
Recarga e Retorno
Evapotranspiracao da superficie
Agua aproveitada
Dentrodo campo
Forado campo
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Para onde vai a agua em uma bacia
hidrografica
Modificado de
Cannia
Eficiencia no uso da agua
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
USOS e BENEFICOS ?
MUITOS TOMAM
DECISOES,
NINGUEM RESPONDE,
“ TEMPOS ESTAO
MUDANDO”
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Perspectivas da Conservacao da Agua
Manejo adaptado (somos humanos nao somos perfeitos)1. Integrar varios pontos de vista
2. Uso da agua se torna mais “eficiente” alcanca objetivos a curto prazo
3. Aumenta o valor da agua utilizada, protege qualidade
4. Uso consuntivo pode aumentar ou nao cair muito
5. Deve-se montar sistemas que demandam reavaliacoes
Sobre o dinheiro1. Qual o impacto na economia regional?
2. O que faz sentido para os produtores?
3. E se limitarmos o uso consuntivo?
4. Quem deve pagar? Quem deve ser recompensado?
Nao podemos fazer a mesma coisa e esperar diferentes resultados.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Water Conservation Perspectives
Circulo vicioso1. Gestores de Recursos Naturais (GRNs) reduzem retiradas
2. Produtores se tornam mais eficientes
3. Aumenta o valor da agua utilizada
4. Uso consuntivo pode nao cair muito
5. Entao, GRNs reduzem retiradas de agua, …….
Conflitos
1. Montante Jusante
2. Irrigante de agua subterranea Irrigante de agua superficial
3. Direitos da propriedade Beneficio Publico
4. Economia Meio Ambiente
Nos realmente refletimos a respeito disso??
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Educacao e Manejo cumprem papeis principais
• Mesmo com toda ciencia e tecnologia, nao estamos
usando todo nosso potencial.
• Como adotar Melhores Praticas de Manejo (MPM)?
• Como podemos alcancar eficiencia potencial de
irrigacao e dos sistemas de manejo da agua.
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Outros membros da equipe de
Pesquisa e Ensino
Dean Eisenhauer
William Kranz
Suat Irmak
Dean YontsSimon van Donk
E muitos outros cooperadores e estudantes
Derrel Martin,
Biological Systems Engineering
Fundacao de nosso Programa
Eficiencia
de uso da
agua
Eficiencia
energetica
e mecanica
Eficiencia de
programacao e
aplicacao
Recommended