AGROSOFT 99
II Congresso da SBI-Agro


SISDRENA: Modelo para Simulação da Dinâmica da Água 
em Sistemas de Drenagem Subterrânea e Cálculo do Espaçamento Econômico entre Drenos

  
Autores

Jarbas H. de Miranda
Email: jhmirand@ufla.br
Vínculo: Professor da Universidade Federal de Lavras, Departamento de Engenharia-DEG
Endereço: Cx: 37 CEP: 37.200-000
Telefone:  (0xx35) 829-1663, Fax: (0xx)35 829-1482.

Sergio N. Duarte
Email: snduarte@carpa.ciagri.usp.br
Vínculo: Professor Doutor do Departamento de Engenharia Rual, ESALQ-USP

Marcos V. Folegatti
Email: mvfolega@carpa.ciagri.usp.br
Vínculo: Professor Associado do Departamento de Engenharia Rual, ESALQ-USP

Resumo

Desenvolveu-se um modelo computacional denominado SISDRENA, que a partir de séries de dados diários de precipitação e evapotranspiração potencial, características fisico-hídricas do solo, dados da cultura e características do sistema de drenagem, permite simular o escoamento superficial, a posição do lençol freático (LF), a vazão escoada através dos drenos, a evapotranspiração real e o armazenamento de água na zona radicular. A posição do LF é estimada pela equação de de Zeeuw e Hellinga. O armazenamento de água e a evapotranspiração real são estimados por um balanço hídrico. O desenvolvimento do SISDRENA visou superar algumas limitações do modelo SIMDRENO, contabilizando de forma mais precisa o efeito do fluxo ascendente sobre o rebaixamento do LF e o escoamento superficial. O desempenho do SISDRENA foi comparado com o do SIMDRENO, considerando o modelo norte-americano DRAINMOD como padrão. As simulações realizadas pelo SISDRENA apresentaram menores erros padrões quanto a estimativa da altura do LF.

Abstract

SISDRENA is a model developed based on historical series of daily precipitation and potential evapotranspiration, soil physical properties, crop characteristics, and drainage system lay-out, allows the runoff simulation, the water table position, discharge through the drains, the real evapotranspiration and the storage of water in the root zone. The position of the water was estimated by de Zeeuw and Hellinga equation. The model SISDRENA can correct some limitations of SIMDRENO, such as counting in a more precise way the effect of the ascending flow, on the lowering water table and runoff estimative. The model SISDRENA was compared to model SIMDRENO, considering the model DRAINMOD as pattern. SISDRENA results, in relation to DRAINMOD, presented smaller standard errors as the estimate of the height of the water table.

Palavras chaves

Drenagem, modelo de simulação. Drainage, simulation model.

 

1. INTRODUÇÃO

 A drenagem para fins agrícolas tem como objetivo a retirada do excesso de água dos solos, permitindo um melhoramento da aeração e das propriedades físicas e químicas, tornando-os mais viáveis para o desenvolvimento e produção de culturas. A modelagem computacional assume um papel importante pois permite ao projetista prever o desempenho e propor a otimização de sistemas de drenagem agrícola. Dentre os modelos de simulação criados para esta finalidade, um dos que vem sendo mais utilizados é o modelo norte-americano DRAINMOD (Skaggs, 1981). Este modelo exige como dados de entrada séries históricas de precipitação de vários anos organizados na forma horária, dificultando a sua aplicação no Brasil. Visando contornar esta limitação, (Duarte, 1997) desenvolveu o modelo SIMDRENO. Apesar da sua funcionabilidade, o SIMDRENO apresenta algumas limitações quando comparado com o DRAINMOD. Assim sendo, os principais objetivos do presente trabalho foram: desenvolver um modelo de simulação de desempenho de sistemas de drenagem subterrânea no qual o efeito do fluxo ascendente sobre o rebaixamento do lençol freático e o escoamento superficial; sejam contabilizados eficientemente; tornar mais interativa a relação entre o software e o usuário; e comparar a performance do novo modelo com a do SIMDRENO, tomando os resultados das simulações do DRAINMOD como padrão.

 

2. MATERIAL E MÉTODOS

O modelo foi desenvolvido no Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP em linguagem de programação Visual Basic 4.0, denominado SISDRENA- Sistema de Drenagem (Miranda, 1997). O SISDRENA é um modelo unidimensional que contabiliza os principais componentes que afetam o balanço de água em um volume de solo homogêneo e de superfície unitária, localizado equidistante entre dois drenos paralelos e que se estende desde a camada de impedimento até a superfície do solo. Estes componentes são: precipitação, escoamento superficial, infiltração, percolação para o lençol freático, fluxo ascendente do LF para a zona radicular, evapotranspiração, drenagem e "seepage" vertical (Figura 1).

Figura 1 - Esquema dos principais componentes de fluxo considerados pelo modelo.

Foram utilizados dados meteorológicos de Piracicaba-SP, sendo escolhidos três períodos anuais com características diferentes: um chuvoso, um intermediário e um seco, quais sejam: 1o de julho de 1982 à 30 de junho de 1983, 1o de julho de 1984 à 30 de junho de 1985 e 1o de julho de 1983 à 30 de junho de 1984, respectivamente. Utilizou-se três solos de perfil homogêneo, com texturas diferentes (Franco-argiloso, argila, F.argilo-siltoso) e valores de condutividade hidráulica saturada (Ko) de 1,0, 0,5 e 0,1 m/dia, respectivamente. Estes dados foram obtidos por Duarte (1997) em uma várzea na região de Piracicaba-SP. Os parâmetros das curvas de retenção para os três tipos de solos, foram ajustados pelo modelo de van Genuchten (1980). As simulações foram conduzidas para espaçamentos entre drenos de 20, 50 e 80 metros. Admitiu-se que anualmente uma cultura de milho que apresentasse um ciclo de 130 dias, seria plantada no dia 8 de outubro e colhida em 14 de fevereiro. A variação da profundidade do sistema radicular da referida cultura foi obtida de Skaggs (1990).

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Foi verificado que na maioria das simulações o SISDRENA apresentou um menor desvio em relação ao DRAINMOD do que o modelo SIMDRENO. O SIMDRENO subestimou o rebaixamento do LF, quando comparado com os valores simulados pelo DRAINMOD, em espaçamentos maiores e em solos com condutividade hidráulica baixa (Tabela 1). O SIMDRENO calcula o valor da recarga efetiva do LF, subtraindo o valor da fração da evapotranspiração oriunda do LF da precipitação percolada. Em ausência de chuvas, a recarga efetiva assumiria um valor negativo, acarretando uma impossibilidade de cálculo. Para contornar este problema o SIMDRENO considera a recarga efetiva nula sempre que esta assumir um valor negativo. Este artifício faz com que o efeito da evapotranspiração, sobre o rebaixamento do LF, não seja contabilizado corretamente. Como consequência, em situações em que a evapotranspiração proveniente do LF possui uma magnitude elevada, ou seja, quando o LF é rebaixado lentamente e portanto permanece mais tempo próximo à superfície do solo, este modelo subestima a queda do lençol freático (Figura 2).

Figura 2 (A) - Profundidades do lençol freático simuladas pelo SISDRENA
comparadas com DRAINMOD, cultivo de 1984/85, com espaçamento de 80 m para o solo 1.

Figura 2 (B) - Profundidades do lençol freático simuladas pelo e SIMDRENO comparadas com DRAINMOD, cultivo de 1984/85, com espaçamento de 80 m para o solo 1.

 

4. CONCLUSÃO

Os resultados obtidos permitiram concluir que o SISDRENA, quando comparado com o SIMDRENO, tomando os resultados obtidos com o DRAINMOD como padrão, apresentou menores erros padrões nas simulações diárias de posição do lençol freático, para os 3 tipos de solo, espaçamentos e períodos anuais. As maiores diferenças ocorreram em espaçamentos maiores entre drenos e para o solo de condutividade hidráulica mais baixa.

 

5. REFERÊNCIAS