Nota Técnica nº 41/2017/SPR
Documento no 00000.035701/2017-16
Em 13 de junho de 2017.
Ao Senhor Superintendente de Planejamento de Recursos Hídricos
Assunto: Informações sobre metodologia de simulação de capacidade de suporte e de
viabilidade econômica de ampliação da irrigação com a instalação de pivôs centrais potenciais (PCP) na Bacia do Alto São Marcos (BASM)
Referência:
1. INTRODUÇÃO
Um dos maiores desafios da humanidade neste século é garantir segurança alimentar e ambiental a uma população mundial que, em 2030, será de aproximadamente 8,3 bilhões de pessoas. Para que esse desafio possa ser vencido sem provocar conflitos pelo uso da água, devem-se procurar alternativas para compatibilizar o aumento na produção de alimentos com os recursos hídricos disponíveis (Rodrigues et al, 2007).
As atividades agrícolas utilizam 65% da água doce do mundo, e essa porcentagem é quase integralmente utilizada pela irrigação. Assim, um manejo mais racional da irrigação pode levar à economia de granes volumes de água. É importante notar que, para produzir 1 kg de batata, desde seu plantio até a entrega para o consumidor gastamos 133 L de água; de arroz, 2.500 L; de carne de frango, 3.700 L; e de carne de boi, 17.000 L. Essa é a razão pela qual a agricultura consome muita água (Reichardt & Timm, 2016).
As mudanças climáticas que trazem consigo a intensa variabilidade das chuvas e eventos extremos de temporais e secas, deixam esse cenário ainda mais desafiador. De acordo com Wenger et al. (2017), as secas recorrentes parecem influenciar o crescimento do uso da irrigação por pivô central, pois a seca diminui a disponibilidade de água e cria a necessidade de mais irrigação.
A irrigação é a garantia de produção com relação às necessidades hídricas e redução dos riscos de quebra de safra por seca (Testezlaf, 2017). Em virtude da segurança alimentar proporcionada pela irrigação, em 2012 foi aprovada no Brasil a Política Nacional de Irrigação (Projeto de Lei n° 6.381/2005). A política tem como objetivo incentivar a ampliação da área irrigada e aumentar a produtividade agrícola. Entre os incentivos criados está a ampliação dos descontos nas tarifas de energia elétrica cobradas em atividades de irrigação. A proposta cria também o Sistema Nacional de Informações sobre Irrigação com o objetivo do uso racional dos recursos hídricos (Silva & Hora, 2015).
Em termos gerais, hoje no Brasil se existem 66 milhões de hectares de terras cultivadas, das quais se irriga 1 ha a cada 10 ha. A Política Nacional de Irrigação ambiciona ampliar essa proporção para 2 ha irrigados para cada 10 ha, até 2030, apesar do potencial de irrigação ser de 3 ha irrigados para cada 10 ha de terras aráveis.
A Bacia do Alto São Marcos (BASM) é caracterizada por ser uma região de alta produtividade agrícola devido a irrigação por pivôs centrais, com dois dos principais municípios da bacia, Cristalina (GO) e Unaí (MG), na 5ª e na 24ª posição de maiores PIB agrícolas do Brasil (IBGE, 2015). Contudo, existe um conflito pelo uso da água entre o setor de irrigação e a geração de energia elétrica pela UHE Batalha.
2. CARATERIZAÇÃO DO PROBLEMA
2.1. AGRICULTURA IRRIGADA NA BACIA
De acordo com Furquim & Abdala (2016), na bacia do São Marcos está localizada a maior extensão de áreas irrigadas por sistema tipo pivô central da América Latina, concentrada principalmente no município de Cristalina. O estudo foi conduzido na BASM, porção da bacia do São Marcos que fica à montante da usina hidrelétrica de Batalha (figura 1), com área irrigada de 82.906 ha por pivôs centrais.
O relevo na BASM é plano a ondulado, em contraste com o trecho do Baixo São Marcos (à jusante da UHE Batalha), caracterizado pelo relevo acidentado e montanhoso (figura 3). As áreas planas, localizadas nas partes mais altas dos corpos hídricos que formam a bacia, são expressivas e economicamente muito importantes. Nelas ocorre a formação de chapadões (que apresentam declividades de até 3%) e vales rasos com fundos planos e vertentes suaves.
São nestes vales e chapadões que se desenvolve boa parte da agricultura na bacia, que utiliza altos níveis de tecnologia, com intensa mecanização e irrigação. A baixa fertilidade natural dos solos que predominam nestas áreas é facilmente corrigida com a aplicação de fertilizantes e corretivos de solo.
Figura 1 – Localização da BASM no território brasileiro e a UHE Batalha, dividindo o Alto e o Baixo São Marcos.
Outra importante característica da bacia é a presença de solos profundos e bem drenados, principalmente nos chapadões. Estes solos possuem alta capacidade de infiltração e de armazenamento de água, favorecendo a alimentação dos córregos, rios e ribeirões durante longos períodos de estiagem (PCE et al., 2005b).
As áreas irrigadas não são exclusivas das grandes commodities agrícolas para exportação como algodão, milho, sorgo e soja. Culturas importantes para o mercado interno também são cultivadas com uso da irrigação. Por exemplo, no município de Cristalina, que ocupa 37% da área da bacia, são plantados sob pivôs centrais culturas como batata inglesa, alho, feijão, tomate, cebola, café e trigo (Brunckhorst et al., 2014).
Desde os primeiros projetos de irrigação desenvolvidos na bacia do São Marcos, no início da década de 80, os pivôs-centrais foram adotados como os equipamentos ideais para se irrigar as grandes extensões de terras dotadas de pequenas declividades - características dos chapadões da bacia. Quando elétricos, os pivôs centrais têm um elevado grau de eficiência energética, enquanto a taxa de eficiência de consumo de água e a baixa demanda de mão-de-obra para sua operação transformaram os pivôs-centrais em uma unanimidade na região, sendo pouquíssimos os agricultores irrigantes que não os utilizam.
Em média, nos últimos 30 anos (1986 a 2016), 3.500 hectares (gráfico 1a) foram anualmente incorporados à área irrigada da bacia do São Marcos, com média de 42,5 pivôs instalados a cada ano (gráfico 1b), sendo que o pico de instalação de pivôs foi no ano de 2003 (127 pivôs instalados em toda bacia, ou 11.215 ha – gráfico 1c), e 2013 foi o ano com a maior desinstalação de pivôs na bacia, com 17 pivôs desinstalados, ou 8.134 ha (gráfico 1d).
Gráfico 1a – crescimento da área irrigada Gráfico 1b – crescimento do número de pivôs
Gráfico 1c – número de pivôs instalados ano após
3. OBJETIVOS
Para Thenkabail (2009), as maiores limitações dos atuais mapas de áreas irrigadas têm sido a falha em indicar:
(a) a intensidade de irrigação; (b) a fonte de irrigação; (c) as culturas irrigadas;
(d) a localização precisa das áreas irrigadas.
A intensidade de irrigação e os tipos de culturas irrigadas tem influência no total de água consumida. A fonte de irrigação é essencial para determinar os padrões do uso do recurso hídrico e os impactos no meio ambiente, e em determinar o impacto no uso da água subterrânea e os problemas com sobre explotação.
Por conseguinte, este estudo procurou responder a seguinte pergunta:
Quantos hectares de terras aráveis podem ser irrigados por sistemas de pivôs centrais na BASM, considerando apenas as terras topograficamente adequadas e já convertidas para uso agrosilvopastoril, considerando a disponibilidade hídrica e a proximidade dos corpos hídricos?
Neste trabalho entende-se que a irrigação por pivô central necessita de um conjunto de estruturas que pode conter todas, ou quase todas as partes abaixo (adaptado de Testezlaf, 2017 e Perroni, 2008):
Reservatório de água (barragem) – pode atender mais de um pivô; Estrutura de estação de bombeamento – pode atender mais de um pivô; Bomba centrífuga (rendimento entre 40 e 75%) – pode atender mais de um pivô;
Motor elétrico (rendimento entre 80 e 95%) ou diesel (rendimento de 30%) – pode atender mais de um pivô;
Transformador do conjunto moto-bomba, para transformar a energia trifásica para uma tensão especial de 480 V ou 440 V para propulsão do pivô – pode atender mais de um pivô;
Cabos elétricos do transformador até a torre central;
Tubulação adutora de ferro fundido, aço galvanizado ou PVC (comumente até 2.000 m) – pode atender mais de um pivô;
Torre fixa (centro do pivô);
Painel de controle ou caixa de controle;
Anel coletor (sistema que transfere a energia elétrica do pivô, por cabos elétricos, para as unidades propulsoras – os motoredutores em cada torre móvel);
Linha lateral entre 200 e 800 metros (ou até 1400 metros como pivôs para cana-de-açúcar), construída em alumínio ou PVC, com altura variando entre 2,7 e 3,7 metros, subdividida pelas torres móveis;
Torres móveis, cada uma equipada com um motoredutor de baixa potência, distanciadas entre 24,4 a 72,2 metros (dependendo da declividade do terreno);
Juntas flexíveis (une dois lances de torres);
Bicos aspersores de diferentes diâmetros (do menor para o maior diâmetro, do centro para a extremidade do pivô) geralmente espaçados de distâncias múltiplas de 3,2 metros, acompanhados de reguladores de pressão em cada um;
Lance final em balanço ou balancim – prolongamento no final da linha lateral para aumentar a área irrigada;
Canhão final – canhão hidráulico na ponta do balancim para aumentar a área irrigada; Antes, porém, é apresentada uma revisão bibliográfica sobre os temas abordados, necessária pela complexidade do problema. Após isso é feita a descrição
metodológica, a apresentação dos resultados, comentários finais sobre o conflito irrigação x geração de energia e as considerações finais.
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1. IRRIGAÇÃO NA AGRICULTURA
No atual cenário de mudanças climáticas, em regiões com estações chuvosas bem definidas, como no caso da bacia do Rio São Marcos, eventos climáticos de seca recorrentes causam impactos muito mais fortes na agricultura, e na geração de renda, do que em regiões com chuvas bem distribuídas ao longo do ano. Segundo Banco Mundial (2011), a correlação entre eventos climáticos e danos na agricultura é difícil de se modelar, exceto para os eventos mais extremos. Nos casos de déficits de chuva acumulados (secas), existe uma alta correlação entre lavouras de sequeiro plantadas em áreas onde há uma clara sensibilidade das plantas a déficits de água e uma estação chuvosa bem definida. Mas se a irrigação estiver presente essa correlação se torna muito menos proeminente.
Além da importância social e econômica, pela geração de emprego e renda, a irrigação também promove o aumento do rendimento da produção por área plantada, intensificando o uso da terra ao mesmo tempo em que se diminui a pressão pela abertura de novas áreas nativas para a produção de alimentos ou de bioenergia. Essa lógica se repete em diversos lugares no mundo. Aumentos expressivos da produtividade por área plantada foram relatadas em diversos trabalhos pelo mundo, (Wenger et al., 2017), (Testezlaf, 2017), (Hessari et al, 2016), (Ashraf et al, 2007), (Lima et al, 2008), reduzindo a pressão pela expansão de terras para agricultura (Pfister et al., 2011).
No entanto, a irrigação descontrolada pode causar a salinização do solo (Reichardt & Timm, 2016), lixiviação de nitrato (Chen et al., 2017) e de pesticidas (Reyna et al., 2014).
4.1.1. IRRIGAÇÃO POR PIVÔ CENTRAL
O primeiro sistema de pivô central foi inventado por Frank Zybach, no estado de Nebraska (EUA) e foi patenteado em 1952, com início da produção comercial em 1953 (Testezlaf, 2017).
O pivô central apresenta diversas vantagens: economia de mão-de-obra e altas produtividades (Wenger et al., 2017), (Bernardo et al., 2008), (Perroni, 2008), (Mantovani era al, 2006), (Sandri et al., 2009), (Santos et al, 2008). grande versatilidade (Jacinto, 2001), (Silva e Azevedo, 1998), possibilidade de quimigação e de total automação (Testezlaf, 2017), boa uniformidade de irrigação, manutenção do alinhamento e da velocidade em todas as irrigações (Perroni, 2008), e como todo sistema de irrigação, permite a produção de duas ou mais safras por ano, com colheitas na entressafra.
Hoje o pivô central é o sistema de irrigação automatizado mais utilizado no mundo (Testezlaf, 2017). Seu uso foi disseminado a partir dos Estados Unidos. Lá o sucesso foi grande e seu uso muito disseminado, com aproximadamente 10,4 milhões de hectares irrigados por esse sistema. No entanto, a intensificação dessa tecnologia tem causado alguns problemas naquele país. Nas Grandes Planícies, região com médias de pluviosidade de 400 a 500 mm.ano , a rápida depleção do Sistema de Aquíferos das Grandes Planícies por uso intensivo de irrigação por pivôs centrais é considerada a maior preocupação com o manejo da água naquele país (Wenger et al., 2017). No entanto, os sistemas de irrigação por pivô central demonstram promover alguns benefícios ao agroecossistema (Denef et al, 2008), (Al-Rumikhani 2002).
Sua eficiência varia entre 60% a 85% (Evangelista, 2010), (Ribeiro, 2008). Porém, Sandri et al. (2009) verificaram que de 16 pivôs avaliados no Distrito Federal e Goiás, a maioria necessitava de reparos urgentes e tinham a eficiência abaixo da média.
As principais limitações da irrigação por pivôs centrais são as perdas de água por deriva e evaporação, principalmente nas irrigações nas horas mais quentes e com mais ventos (Ortíz et al., 2009); os solos, que não devem ter textura pesada (maior fração argila) para evitar empoçamento de água (Mantovani et al., 2007); a alta intensidade de irrigação na extremidade do pivô, o que pode acarretar escoamento superficial, e a perda de aproximadamente 20% da área irrigada no caso dessa ser um quadrado (Perroni, 2008).
Apesar de que dentre os sistemas de irrigação por aspersão de alta vazão, o pivô central ser o que apresenta menor relação “potência da bomba x área irrigada”, devido a capacidade de irrigar grandes áreas, a irrigação por pivôs centrais acarreta em um alto custo da energia elétrica. Como exemplo, em 16 de maio de 2016, em nossa visita à fazenda Água Santa do agricultor Dário Luiz Turra, em um pivô de 130 ha plantado com milho1, o consumo de energia elétrica para uma única volta daquele pivô foi de 89,25 kW, ao custo de R$ 1.872,32 (US$ 520,08 no dia).
4.2. CONFLITO PELO USO DA ÁGUA: IRRIGAÇÃO OU GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA A bacia do rio São Marcos é uma região na qual prevalece uma situação representativa de conflito envolvendo produção de alimentos e geração de energia elétrica (Brunckhorst et al., 2014).
Esse tipo de situação de conflito pela utilização da água entre geração de energia elétrica e irrigação acontece em muitos lugares atualmente e é fartamente documentada na literatura científica. Kurian (2017) adverte que o equilíbrio entre os interesses urbanos e os interesses rurais se torna crítico quando os preços dos alimentos aumentam demais devido à redução da produção como consequência de decisões de divergir a água para suprimento urbano ou para geração de energia.
Em trabalho desenvolvido no Sri Lanka em uma bacia com a mesma natureza de conflito, Pittock et al. (2015) verificaram que a redução do volume de água destinada à irrigação de arroz em favor da geração de hidroenergia elétrica era 4,1 vezes mais economicamente vantajoso, uma vez que a matriz energética daquele país depende da importação de combustíveis fósseis. A solução foi compensar financeiramente os agricultores que perderam a água para irrigar. Porém, após dois anos dessa política, diversos problemas sociais emergiram, e a conclusão foi a de que compensar fazendeiros por perderem sua água e seu modo de vida é um problema complexo, porque os diferentes valores advindos do trabalho no campo não podem ser prontamente substituídos por dinheiro. Valores sociais e culturais de uma sociedade talvez sejam mais importantes do que ganhos econômicos.
Stanzel et al. (2014) simularam três cenários de ocupação por áreas irrigadas na bacia do Rio Zambezi, em Moçambique, confrontados com outros dois cenários de mudanças climáticas, e compararam os resultados com a alternativa do uso da água para geração de energia, por três hidrelétricas planejadas para serem construídas na calha daquele rio. Os autores concluíram que quanto maior a área destinada para irrigação, maior o impacto na depleção da geração de hidroenergia elétrica, porém o uso da água para produção de biocombustíveis geraria maiores benefícios econômicos quanto maior fosse a área irrigada. De forma geral os autores esperam que os investimentos em agricultura irrigada tenham maior impacto na
economia local, reduzindo a pobreza de uma forma mais pronunciada do que a geração de hidroenergia.
Hassanzadeh et al. (2016) simularam a aplicação de diferentes políticas econômicas em três cenários de mudanças nas condições de vazão da bacia do Rio Saskatchewan, Canadá, com expansão e não expansão da agricultura irrigada. Os autores concluíram que, embora a expansão da irrigação pudesse modificar a PIB local de -9% a 15%, 10% a 15% e de 15% a 18% nos cenários de vazão seco, atual e úmido, nenhuma política específica poderia prover a melhor opção para o manejo da água sob todos os três cenários de vazão.
O mesmo tipo de conclusão foi encontrada por Pittock et al. (2015), que afirmaram que a falta de planejamento com multi-objetivos em se tratando de recursos hídricos afeta seriamente o acesso justo e igualitário para diferentes usuários, e leva a crises e conflitos pela destinação da água. E que a mudança na destinação já existente da água é socialmente, culturalmente, economicamente e politicamente muito sensível. Assim, o planejamento integrado e com multi-objetivos, em um processo transparente, é vital para evitar desconfianças na implementação de projetos públicos, e também para garantir o acesso justo e igualitário a diferentes usuários.
Na BASM o conflito entre os setores de agricultura irrigada e geração de energia hidroelétrica envolve, por um lado, centenas de agricultores irrigantes de uma área 82.906 ha, produzindo alimentos e commodities; enquanto por outro lado, o grupo econômico (tabela 1) que explora a geração de energia hidroelétrica pela UHE Batalha.
A UHE Batalha teve sua construção iniciada em meados de 2008, com previsão de potência instalada de 52,5 MW. A barragem de 50 m de altura, está situada no Estado de Goiás, na divisas dos municípios de Cristalina (GO) e Paracatu (MG). Segundo a ONS, o enchimento atingiu sua cota mínima operacional (785 metros) no dia 19 de janeiro de 2013. (Silva & Hora, 2015).
Segundo as autoras, trata-se de um caso de extrema complexidade da gestão dos recursos hídricos pelo fato de estar vinculada a quatro órgãos gestores de recursos hídricos; três comitês de bacia: Paranaíba; Lago Paranoá e Comitê Estadual dos Rios Corumbá, Veríssimo e São Marcos; além de quatro conselhos de recursos hídricos: Conselho Nacional de Recursos Hídricos; Conselho Estadual de Recursos Hídricos de Minas Gerais; Conselho Estadual de Recursos Hídricos de Goiás e Conselho de Recursos Hídricos do Distrito Federal.
Grupo Econômico Percentual
Furnas Centrais Elétricas S.A. 100%
Centrais Elétricas Brasileiras S/A 99,54%
União 43,76%
BNDES Participações SA BNDESPAR 11,86%
BNDES 6,86% JPMorgan Chase Bank, National Association 6,11%
Outros 31,41%
Ações/Participações pulverizadas 0,046%
4.3. GEOPROCESSAMENTO COMO FERRAMENTA PARA PLANEJAMENTO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS COM INTENSA IRRIGAÇÃO
Perante a importância da irrigação para a produção agrícola, a identificação de áreas aptas para implantação dos sistemas de irrigação é fundamental no processo de desenvolvimento da agricultura brasileira (Ayers & Westcot, 1994). Dados de levantamento de solos e sistemas de informações geográficas (SIG) são ferramentas importantes no planejamento do uso da terra. Interligados, eles representam um valioso recurso (Hoces et al, 2012). O geoprocessamento é uma ferramenta que possibilita o fornecimento dos dados sobre o modelo de ocupação territorial e utilização da bacia, além de contribuir para o monitoramento de áreas em diferentes escalas de mapeamento (Santos et al, 2013). As funcionalidades dos SIGs permitem e facilitam as análises necessárias às atividades de gerenciamento de recursos hídricos (Bielenki, 2012).
Em imagens de baixa resolução espacial, como as do satélite Landsat, para se identificar a presença de pivôs centrais de irrigação, em uma área agrícola, basta identificar os objetos com formas circulares, independente, de qual seja a banda espectral da imagem (Meneses & Almeida, 2012). Para esse mesmo tipo de imagem, para distinguir áreas irrigadas por sistema de pivô central de outros métodos de irrigação o analista baseia-se na forma (Rudorff & Moreira, 2002).
Diante disso a utilização dos SIG na agricultura tem-se mostrado uma ferramenta importante no projeto e desenvolvimento de atividades, pois é possível criar de forma prática e menos onerosa, bancos de dados e documentos cartográficos, como mapas temáticos que podem servir de base para o desenvolvimento de uma atividade (Carvalho et al, 2005), como a identificação de áreas aptas para introdução de sistemas de irrigação.
Brunckhost et al. (2014) estabeleceram áreas aptas à irrigação na bacia do São Marcos cruzando planos de informação tais como mapa de declividade, mapa de distância dos corpos hídricos e mapa de cobertura e uso do solo.
5. METODOLOGIA
5.1. PLANOS DE INFORMAÇÃO UTILIZADOS
No desenvolvimento deste estudo foram utilizados os seguintes materiais: Software de Sistema de Informação Geográfica ArcGIS 10.4;
Software de Sistemas de Informação Geográfica Open Jump 1.5.0 com módulo de hidrologia FERAH desenvolvido pela ANA/SPR/COHID;
Trechos de drenagens da base hidrográfica ottocodificada com a disponibilidade hídrica regularizada por trecho de rio – Bacia do Rio Paranaíba - escala 1:100.000 (Agência Nacional de Águas – ANA/SPR, 2014);
Base hidrográfica ottocodificada - Bacia do Rio Paranaíba - escala 1:100.000 (Agência Nacional de Águas – ANA/SPR, 2014);
Dados de vazão dos rios das estações fluviométricas da ANA presentes na bacia do Rio São Marcos;
Pontos de outorga do uso da água em cursos d’água de domínio da União (Agência Nacional de Águas – ANA/SRE, 2015);
Pontos de outorga do uso da água em cursos d’água de domínio do Distrito Federal (ADASA - 2014);
Pontos de outorga do uso da água em cursos d’água de domínio do Estado de Goiás (SEMARH - 2014);
Pontos de outorga do uso da água em cursos d’água de domínio do Estado de Minas Gerais (IGAM - 2014);
Dados fundiários dos imóveis rurais certificados (Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária, INCRA/SIGEF – 2015);
Limites municipais da obtidos a partir do levantamento dos setores censitários (IBGE, 2010); Mosaico de imagens dos satélites RapidEye para a bacia em estudo – resolução espacial de 5 m – imagens de 2011 e 2012 - Ministério do Meio Ambiente;
Mosaico de imagens do satélite Landsat 8 – Sensor Operational Land Imager (OLI) – para a bacia em estudo, resolução espacial de 30 m reamostradas para 15 m pela técnica HSV, órbitas/pontos: 220/70, 220/71, 220/72, 221/70, 221/71 e 221/72, todas entre os meses de março e abril de 2015 - USGS;
Mosaico de imagens do satélite Sentinel, com resolução espacial de 10 m, órbitas/ponto: 22KHE, 22KHF, 23KKA, 23KKB e 23LKC, todas do mês de setembro de 2016;
Mosaico de Imagens de alta resolução espacial do Bing Satellite e Google Earth; Modelo Digital de Elevação – SRTM, resolução espacial de 30 m (NASA, 2000); 5.2. INTEGRAÇÃO DE CAMADAS NO SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (SIG)
Uma das funções mais relevantes em um SIG é o cruzamento de planos de informações, ou camadas, ou mapas temáticos, quantas vezes forem necessárias para que se gerem os resultados esperados, que conterão as feições gráficas originadas do cruzamento dos mapas temáticos envolvidos e com os atributos de um ou de todos os planos cruzados.
Abaixo são descritas as camadas utilizadas e os cruzamentos realizados com cada uma delas para se chegar ao resultado final desse trabalho.
5.2.1. CAMADA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
Figura 2a. Mapa de uso e ocupação do solo da BASM na escala de 1:10.000.
Figura 2b. Mapa de declividade em porcentagem do relevo da bacia do Alto São Marcos.
Botelho et al (2012) afirmam que a classificação supervisionada pelo algoritmo MAXVER se demonstrou insatisfatória, superestimando a área irrigada bacia do ribeirão Samambaia, afluente do Rio São Marcos. Mais ainda, nossos próprios esforços de proceder à
classificação supervisionada da BASM utilizando os algoritmos Spectral Angle Mapper e Máxima Verossimilhança geraram classificações de uso do solo sem a qualidade necessária.
Portanto, a camada de uso e ocupação do solo foi feita com classificação manual sobre imagens do RapidEye de 2011 e 2012 e confirmadas com imagens do Landsat 8 de março e abril de 2015, e com imagens de alta resolução espacial disponíveis no Google Earth e Bing Aerial (figura 2a). As classes de uso foram: ‘lavoura’, ‘pastagem’, ‘silvicultura’ e ‘residencial’. Todo o restante da bacia que não se encaixou em nenhuma das classes acima recebeu o atributo de ‘vegetação nativa’ ou ‘reservatório’.
Optou-se pela classificação manual dada a importância desse dado para a metodologia proposta2. O gráfico 2 detalha as áreas em hectares de cada tipo de uso encontradas na BASM.
Gráfico 2. Áreas em hectares por uso do solo na BASM 5.2.2. CAMADA DE DECLIVIDADE
Para criar o mapa com as classes de declividade foi utilizado o Modelo Digital de Elevação - MDE elaborado a partir de dados da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) com resolução espacial de 30 m. Essa resolução espacial produziu um mapa de declividade de escala 1:50.000, segundo a normatização da INDE (Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais – CONCAR). O MDE foi classificado de acordo com as declividades de interesse, utilizando-se a ferramenta Spatial Analyst > Surface > Slope. (figura 2b).
5.2.3. INTEGRAÇÃO DAS CAMADAS NO SIG PARA CRIAÇÃO DO MAPA DE ÁREAS PROPÍCIAS PARA RECEBEREM PIVÔS CENTRAIS POTENCIAIS OU POSSÍVEIS( PCPs)
Na criação da camada de áreas propícias para inclusão pivôs centrais potenciais (PCPs) o objetivo era criar um mapa temático que indicasse as áreas potenciais para receberem pivôs centrais no futuro, levando-se em consideração os seguintes fatores:
a. Declividade do terreno;
b. Áreas já desmatadas, ou já convertidas de vegetação nativa para talhões agrosilvopastoris;
c. Áreas de Preservação Permanente, segundo o Código Florestal.
2 Tendo em vista que as imagens do RapidEye possuem resolução espacial de 5 m, o mapa de uso e ocupação produzido tem escala de 1:10.000, segundo a normatização da INDE (Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais – CONCAR). Lavoura; 262.820; 39% Pivos centrais (2015); 79.180; 12% Silvicultura; 10.000; 2% Pastagem; 92.900; 14% Urbano, Residencial, Mineração; 6.400; 1% Vegetação nativa e reservatórios; …
5.2.4. DEFINIÇÃO DE PESOS PARA A CAMADA DE USOS DO SOLO
Criou-se o campo ‘peso’ na tabela de atributos da camada de uso e ocupação do solo, e as classes ‘lavoura’, ‘pastagem’ e ‘silvicultura’ receberam peso 1 (um), enquanto as classes ‘urbano’ e ‘vegetação nativa’ receberam peso 0 (zero).
Ou seja, nessa metodologia não foi considerada a possibilidade de se instalar pivôs centrais em áreas residenciais, urbanas, ou com vegetação nativa, seja ela cerrados remanescentes em suas diferentes fisionomias, ou regiões de preservação permanente (APPs) como as matas de galeria.
O campo ‘peso’ foi utilizado como balizador para converter a camada de uso do solo de formato vetorial para o formato raster. A ferramenta utilizada para a execução desse passo foi a ‘polygon to raster’. Ao final desse processo foi gerado um mapa em formato raster, com pixels de valor 1 (um) ou 0 (zero) (figura 3a).
Figura 3a. Mapa no formato raster de uso do solo como os pesos 1 (regiões verdes) e 0 (regiões pretas)
Figura 3b. Mapa no formato raster de declividade do solo como os pesos 1 (regiões verde) e 0 (regiões pretas).
Figura 3c. Mapa de áreas propícias para instalação de pivôs centrais - (verde: propício à instalação de pivôs centrais); (preto: não propício à instalação de pivôs centrais)
5.2.5. DEFINIÇÃO DE PESOS PARA A CAMADA DE DECLIVIDADE
O mapa de declividade teve como base um raster, que foi a imagem de radar do SRTM com resolução espacial de 30 metros. Para criar pesos para essa camada, deve-se reclassificar o raster, utilizando-se ferramentas tais como o “reclass” do 3D analyst ou do Spatial Analyst.
Como uma das limitações dos sistemas de irrigação por pivô central é a topografia do terreno, que não deve ter declividade maior que 15% (Mello & Silva, 2009), (Mantovani et al., 2007), (Gomes, 1999), (Manual de Montagem de Pivôs da Marca Krebsfer®), os pixels com declividade entre 0 e 15 % receberam peso 1 (um), enquanto as demais regiões receberam peso 0 (zero), Ou seja, nessa metodologia não foi considerada a possibilidade de se
instalar pivôs centrais em terrenos com declividades maiores do que 15%. (figura 3b). Por essa figura verifica-se que o relevo da BASM é suave em sua maior parte.
5.2.6. INTEGRAÇÃO DAS CAMADAS DE USO DO SOLO E DE DECLIVIDADE
O mapa de ‘áreas propícias para receberem novos pivôs centrais’ é o resultado da integração de duas variáveis em formato vetorial: 1. uso e ocupação do solo e 2. declividade do terreno. Sendo ambas condicionantes para viabilizar a implantação de sistemas de pivôs centrais.
Como explicado anteriormente, para cada camada, ou mapa temático, foi gerado um plano de informação no formato raster com um campo binário na tabela, com pesos 0 (zero) ou 1 (um), no qual o peso 0 foi atribuído para as áreas onde não se pode instalar uma pivô central, e o peso 1 para as áreas na qual é possível a instalação de pivôs centrais.
Posteriormente esses campos foram utilizado para integrar os mapas temáticos de uso do solo e de declividade por meio da aplicação da álgebra de mapas, através da sequência abaixo de ferrametnas do Arc Gis:
3D Analyst Raster Math Times
Ao final o resultado foi um mapa de áreas propícias e áreas não propícias à instalação de pivôs centrais (figura 3c), ainda que não se tenha entrado o balanço hídrico até aqui.
5.3. CAMADA DE DISPONIBILIDADE HÍDRICA
A camada de disponibilidade hídrica foi feita com base nas bases hidrológicas ottocodificadas da Agência Nacional de Águas (ANA), que adota os sistema de codificação de bacias hidrográficas propostas por Pfafstetter (Teixeira et al., 2007). Essa camada foi produzida a partir de uma sequência de produção de outras subcamadas antes de se chegar ao mapa de disponibilidade hídrica para irrigação na BASM. A seguir são apresentadas o modo de produção dessas subcamadas:
5.3.1. PIVOS CENTRAIS EXISTENTES (PCEs) EM 2016
Por meio de técnicas de interpretação visual, foram identificados e digitalizados os pivôs centrais presentes na bacia para o ano de 2016 (mês de outubro), utilizando os mosaicos de imagens do satélite. Foram identificados 1273 pivôs centrais na bacia do São Marcos, ocupando uma área de 104.828 ha, sendo 1.011 pivôs instalados na BASM, ocupando uma área de 82.906 ha (figura 4a).
Gráfico 3. Porcentagem de pivôs existentes em 2016 por área de drenagem à montante
Verificamos que 40% da área irrigada por pivôs centrais estão concentrados em regiões com áreas de drenagem à montante de até 30 km², e 44% estão localizados em regiões com entre 50 km² e 1.000 km² de área de drenagem à montante (gráfico 3). Isso significa que a área irrigada por PCEs na BASM é concentrada nas regiões de montante, mais próximas dos altos cursos dos corpos hídricos. Nessas regiões se encontram as chapadas, que detém os terrenos de topografia mais suave, propícios à irrigação por pivôs centrais. Porém têm menor disponibilidade hídrica quando comparadas com as regiões mais baixas da BASM, com áreas de drenagem à montante entre 1.000 e 7.000 km², onde se localizam apenas 5,5% da área irrigada por PCEs. 5.3.2. MAPEAMENTO DOS PONTOS DE CAPTAÇÃO DOS PIVÔS CENTRAIS
Em termos de mapeamento vetorial dos pivôs centrais e sua relação com asa ottobacias, verificou-se que muitas vezes um pivô tem seu centro locado em uma determinada ottobacia, mas capta água em outra ottobacia. Portanto, um dos dados mais importantes da metodologia utilizada neste trabalho foi a identificação do local de captação de água de cada pivô central (figura 4b). Por meio de interpretação visual de imagens de alta resolução (figura
4c), e com o uso dos pontos de outorga do uso da água em cursos d’água de domínio da União,
e dos estados de Goiás, Minas Gerais e Distrito Federal, foram identificados 588 pontos de captação de água na bacia do alto São Marcos, supostamente com 7 captações de água subterrânea e o restante de água superficial.
7027 14715 11869 4734 2921 16439 20114 1915 2704 0 5000 10000 15000 20000 25000 ÁREAS PIVOS CENTRAIS EXISTENTES ‐ PCE (HECTARES) ÁREA DE DRENAGEM (KM²)
Figura 4a. Pivôs centrais instalados no alto e no baixo São Marcos (em outubro de 2016)
Figura 4b. Identificação de pontos de captação e adutoras para condução da água para os pivôs
Figura 4c. Identificação de conjuntos moto bomba com o uso de imagens de alta resolução espacial (Esri Basemap World Imagery) 5.3.3. LOCAÇÃO DOS PIVOS CENTRAIS POSSÍVEIS (PCPs)
Sobre o mapa de áreas propícias para instalação de pivôs centrais (figura 3c) foram locados, manualmente, polígonos de formato circular de área mínima de 25 ha representando os possíveis pivôs centrais a serem instalados na bacia do alto São Marcos (chamados de PCPs neste trabalho). Os PCPs foram locados sobre a camada de áreas propícias de forma a ocupar a maior área possível dentro da bacia, mas respeitando-se os limites fundiários dos imóveis rurais certificados (dados do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária, INCRA/SIGEF – 2015).
Após as locações dos PCPs, o próximo passo foi definir o ponto de captação de cada um nos cursos d’água. Essa definição dos pontos de captação foi feita na seguinte ordem metodológica:
.1º - com a ferramenta “Identity” do Arc Gis cada PCP recebeu o código da ottobacia (código Otto) no qual seu centro intersecionava;
.2º - geração das coordenadas geográficas no centro de cada PCP com a ferramenta “Calculate Geometry” do Arc Gis;
. 3º - uso da ferramenta “Calculate Geometry” para gerar as coordenadas geográficas nos meio e na foz de cada trecho vetorial representante dos corpos hídricos;
. 4º - para representar as adutoras que levam água dos corpos hídricos ao PCP, com a ferramenta “XT to Line” foram geradas linhas vetoriais ligando o centro de cada PCP ou ao ponto médio ou à foz de cada trecho vetorial representante dos cursos d’água de mesmo código Otto que cada PCP. Em outras palavras, cada PCP foi ligado ao curso d’água de mesmo código Otto ou em seu ponto médio ou à sua foz(figuras 5a e 5b);
Figura 5a. Vista geral da parte baixa da bacia do rio Samambaia, afluente do rio São Marcos, com os PCR (em verde) e PCP (em vermelho).
Figura 5b. Detalhe da locação de alguns PCP na bacia do Rio Samambaia e suas adutoras ligadas aos cursos d’água, em meio a alguns PCR
. 5º - avaliação, caso a caso, se o curso d’água de mesmo código Otto de cada PCP teria disponibilidade hídrica suficiente para ser usado como fonte de água, utilizando como vazão de referência 50% da Qmlt;
. 6º - se o curso d’água definido de mesmo código Otto de cada PCP não tivesse capacidade de servir como fonte de água para irrigação, o PCP foi então conectado ao curso d’água com disponibilidade hídrica maior na menor distância possível, sempre na altura de sua foz.
5.3.4. DEFINIÇÃO DO CONSUMO MÉDIO ANUAL DE ÁGUA POR HECTARE IRRIGADO
O consumo de água por culturas agrícolas normalmente se refere a toda água perdida pelas plantas (transpiração e glutação) e pela superfície do solo mais a água retida nos tecidos vegetais, sendo essa menor que 1% do total evaporado durante o ciclo de crescimento da planta. (Reichardt & Timm, 2016). Como os eventos de transpiração da cultura e de evaporação do solo predominam, ao consumo da água pelas plantas foi dado o nome de evapotranspiração.
Em uma irrigação eficiente não deve haver água perdida por infiltração profunda no solo, e tampouco por escoamento superficial. O volume de água aplicada em um determinado evento de irrigação deve ser calculado conforme a evapotranspiração da cultura,
antes que a capacidade de água disponível (CAD) da camada do solo onde se encontra a zona radicular da cultura atinja o ponto de murcha permanente (PMP), que por sua vez varia em função textura do solo. A irrigação deverá recolocar essa camada de solo de volta à sua capacidade de campo (CC), não ultrapassando esse limite.
Para se irrigar de forma racional, o agricultor deve instalar na fazenda estações climáticas para o cálculo da evapotranspiração diária no local. A observação dessa prática pelo irrigante é positiva não apenas pela economia de água e energia, mas também evita o escoamento superficial, e a lixiviação de fertilizantes e agrotóxicos para a água subterrânea.
Para o cálculo do balanço hídrico por ottobacia foi necessário estabelecer um dado de consumo de água anual médio por irrigação. Tendo como base informações encaminhadas formalmente à Agência Nacional de Águas (ANA) pelos irrigantes goianos da bacia do São Marcos (Monteplan, 2011), além de contatos realizados com irrigantes e técnicos com atuação na área mineira da bacia, foi possível a realização de uma estimativa da distribuição espacial e temporal das culturas irrigadas na bacia do Alto São Marcos.
Aliadas aos dados de coeficientes de cultura (Kc) e duração de seus estágios de desenvolvimento, disponíveis no Boletim n° 56 da FAO (Allen et al.,1998), permitiram calcular o valor para o ‘consumo unitário de água pela irrigação’ como sendo 0,107 L. . .
A resolução ANA (2010c) estabeleceu que o consumo instantâneo médio anual por hectare irrigado por pivô central na BASM é igual a 0,13 L.s-¹. Contudo, em favor da segurança, resolvemos adotar valores de consumo instantâneos médios de irrigação maiores, referenciados em alguns trabalhos encontrados na literatura científica.
Como exemplo, em trabalhos sobre a demanda de pivôs centrais na bacia do Ribeirão Samambaia (Lima et al, 2007) e dos pivôs centrais do Distrito Federal (Sano et al, 2002), nos quais foram calculados o consumo de água da ordem de 6.000 m³.ha . ano (600 mm. ano ) ou 0,19 L. s . ha , optou-se por utilizar o valor de consumo instantâneo de 0,2 L. s . ha ou 6.307 m³.ha . ano .
Portanto o consumo de cada pivô central foi calculado multiplicando-se área em hectare irrigada pelo consumo instantâneo de 0,2 L. s . ha , como média ao longo do ano. Consequentemente, estima-se que o consumo instantâneo de todos os pivôs instalados na bacia do alto São Marcos em outubro de 2016 era de 16,58 m³. s (0,2 L. s . ha x 82.906 ha).
5.3.5. REGIONALIZAÇÃO DAS VAZÕES
A derivação da relação entre a chuva que cai sobre a área de uma bacia e a vazão resultante em um corpo hídrico é um problema fundamental para o hidrólogo (He et al, 2011). Para se estimar essa relação podem ser usados diferentes métodos de regionalização de vazões.
Regionalização de vazões é todo método que permite transferir uma informação hidrológica de uma localização no corpo hídrico monitorada por uma estação fluviométrica para qualquer outro ponto na bacia sem monitoramento (Fill, 1987; Oudin et al., 2010).
Contudo, a regionalização não é um método seguro para extrapolação hidrológica, devido à variabilidade das escalas dos processos hidrológicos, portanto, a falta de dados de pequenas bacias no Brasil não pode ser suprida pela regionalização (Tucci, 2002).
A obtenção de valores de vazões que constituem a disponibilidade hídrica é oriunda de estações de monitoramento fluviométrico. No caso da bacia do Rio São Marcos, das seis estações fluviométricas existentes na bacia, uma esteve em operação por apenas 3 anos, na década de 70, e outra passou a operar apenas em 2011. Sobram 4 estações (figura 6), sendo que todas possuem séries históricas interrompidas, ou seja, com falhas.
A regionalização das vazões na bacia do rio São Marcos teve como base as séries diárias de vazão dessas quatro estações. As poucas falhas nas séries foram excluídas. O período de medições de vazão utilizado foi até 31 de dezembro de 1989, pois até esse ano a área irrigada por pivôs centrais era de pouco menos de 5.000 ha, existiam apenas alguns reservatórios de menor porte, e as áreas de cerrado convertidas para lavouras e pastagens ainda estavam longe de alcançar os números atuais.
Para cada série de estação foram calculadas três vazões de referência: a vazão média de longo período (QMLT), e a vazão de 95% da curva de permanência (Q ) e vazão específica (q) (tabela 2).
Figura 6. Áreas de drenagem das estações na bacia do São Marcos
Código Nome Período Utilizado (anos) Série Drenagem Área (m³/s) QMLT (m³/s) Q l/(s.km²) q rcp
60020000 Ponte São Marcos 22/07/1966 a 31/12/1989 23 4.424 (km²) 70,1 15,9 15,84 0,23 60030000 Campo Alegre de Goiás 29/04/1972 a 31/12/1989 17 8.380 (km²) 142,6 37,8 17,01 0,27 60040000 Fazenda São Domingos 13/06/1969 a 31/12/1989 20 10.735 (km²) 181,8 45,7 16,93 0,25 60050000 Davinópolis 26/06/1974 a 31/12/1989 15 914 (km²) 17,1 3,7 18,70 0,22
Tabela 2. Dados das estações fluviométricas presentes na bacia do rio São Marcos
O índice é a relação entre a Q e a QMLT. Segundo Tucci (2002), a vazão de 95% é um valor característico do comportamento em estiagem de uma bacia e a vazão média é síntese de todas as vazões ao longo do tempo. Essa relação representa a relação entre a vazão natural e a máxima potencialmente regularizável. Esse índice depende da capacidade de regularização natural do rio, ou seja, quanto menor esse índice maior variação de vazão durante os períodos de estiagem, com baixa capacidade de regularização natural.
A área, usualmente, é a variável explicativa com maior peso na regressão e usualmente embute informações referentes às outras variáveis físicas como declividade e comprimento do rio (Tucci, 2002). Por conseguinte, foi correlacionada às vazões de referência com as áreas de drenagem das estações fluviométricas correspondentes, por regressão linear, conforme as equações 1, 2 e 3:
. 1 Onde é dado por:
. ∑ . ∑ . ∑
. ∑ ∑ 2 E b (coeficiente linear) é dado por:
. ̅ 3 Em que:
y = variável dependente (vazão)
x = variável independente (áreas de drenagem)
= coeficiente angular (associado às áreas de drenagem) b = coeficiente linear
n = 4 (número de estações fluviométricas)
Obtidos os valores dos fatores e b, foi feito um procedimento de acumulação de áreas de drenagem de cada ottobacia. Ou seja, foi calculado, para cada ottobacia, a soma das áreas das ottobacias à montante. Sequencialmente foi feita a multiplicação do fator 3 por essas áreas à montante. Ao final desse processo obtiveram-se valores de diferentes valores de QMLT, Q , Q e assim por diante, em função da área total de contribuição de cada ottobacia. Esse foi o procedimento para se criar a camada de “mapa de disponibilidade hídrica” 4.
5.3.6. EFEITOS HIDROLÓGICOS DOS PEQUENOS E MÉDIOS RESERVATÓRIOS NA REGIONALIZAÇÃO DE VAZÕES EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
Para se suprir a demanda crescente do mundo por comida, uma melhor alocação dos recursos hídricos para propiciar a irrigação é necessária (Oweis et al., 2006), e para se alcançar tal objetivo os pequenos e médios reservatórios para armazenar a água são fundamentais (Robaina et al., 2009; Hesssari et al., 2016), o que propiciaria um aumento de 35% na produção de cereais nas regiões de baixa produtividade (Wisser et al., 2010).
Atualmente os pequenos reservatórios construídos para propiciar a irrigação trazem segurança para os irrigantes (Collischonn et al., 2011) e são potenciais bases para enfrentamento dos cenários de mudanças climáticas (Bebermeier et al., 2017). Contudo, a falta de manutenção nessas obras hídricas pode ser uma ameaça à segurança das populações à jusante (Pisaniello et al., 2017)
A reservação de água pluvial que corre em caráter intermitente em grotas pode aumentar o volume de água subterrânea (Van Meter et al., 2016), elevando o nível do lençol freático e aumentando o número de nascentes (Ashraf et al. (2007). As taxas de percolação são estimadas entre 8 mm.dia , para solos extremamente bem drenados, e de 2 mm.dia , para solos com baixa capacidade de infiltração (Wisser et al. 2010).
3 Tendo em vista que a maior parte dos pivôs centrais na bacia do São Marcos estão instalados nas regiões de cabeceiras, onde a topografia é mais suave e as vazões específicas menores (gráfico 2), considerou-se o valor do fator b como sendo igual a 0 (zero), de modo a não superestimar os valores de vazão nessas regiões, que têm pequenas áreas de drenagem à montante.
Em termos hidrológicos, a construção de reservatórios aumenta a superfície líquida na bacia. A evaporação de superfícies líquidas geralmente é maior que a evapotranspiração da área com vegetação. Com o aumento da superfície líquida a vazão média pode diminuir, devido ao aumento das perdas por evaporação (Sakthivadivel et al, 1997; Tucci, 2002; Ngigi et al., 2003; Callow & Smettem, 2009; Wisser et al., 2010; Van Meter et al., 2016). Contudo, Collischonn et al. (2011) consideraram que os reservatórios com área inundada máxima inferior a 3 ha não têm influência significativa no ciclo hidrológico da bacia.
Contudo, esse efeito da maior evaporação na bacia causado pela maior exposição ao sol da água presente na superfície dos reservatórios, pode ser contrabalanceado pelo decréscimo da evapotranspiração causado pela conversão da vegetação nativa da bacia em pastagens e lavouras. Segundo a sugestão de Costa et al. (2003), a ETmédia do cerrado é de 3,42 mm.dia , enquanto que a ETmédia de pastagens plantadas, pastagens naturais do cerrado e lavouras é de 2,74 mm.dia .
Nguyen et al. (2017) afirmam que o propósito dos reservatórios em fazendas influencia mais na vazão do que o número de reservatórios nas bacias. As bacias com irrigação intensiva sofreram declínios mais severos da vazão do que as bacias cujos reservatórios serviam apenas para dessedentação animal.
O maior impacto hidrológico dos reservatórios ocorre na vazão à jusante imediatamente após a barragem, e esse impacto vai progressivamente diminuindo à medida em que a área da bacia atingida abaixo do reservatório vai progressivamente aumentando (Nathan, 2012).
Segundo Wisser et al. (2010), os sistemas de irrigação baseados em pequenos reservatórios requerem menos esforços e recursos para sua construção, manutenção e operação. Contudo, em termos relativos, Sakthivadivel et al. (1997), afirmam que o custo por 1000 m³ de água armazenada vai de 1 a 32 dólares para grandes reservatórios, enquanto é de 7 a 110 dólares para pequenos e médios reservatórios.
A operação desses reservatórios pode ser complicada pois durante os períodos de altas vazões de entrada nos reservatórios devido às chuvas abundantes, a retirada de água para irrigação é reduzida, porque os fazendeiros precisam de menos água para irrigação. No entanto, quando a entrada de água nos reservatórios é baixa, nos anos mais secos, a retirada de água é maior devido a maior necessidade de irrigação (Ashraf et al., 2007).
5.3.7. RESERVATÓRIOS DE ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO NA BASM
A BASM está inserida em uma região cujo clima apresenta forte variação sazonal, com chuvas abundantes de outubro a março, mas escassas ou inexistentes no período de seca, de abril a setembro. Durante a estação seca, o fornecimento seguro e continuado de água, principalmente para fins de irrigação, é incerto. Além disso, a ocorrência de veranicos em plena época das chuvas é muito comum. Portanto, o processo de retenção e armazenamento é a única maneira de atender às diversas demandas hídricas ao longo do tempo. De acordo com Rodrigues et al. (2007), dentre as formas de armazenamento existentes, a barragem é uma das mais utilizadas. Uma barragem, também denominada de represa ou reservatório de água, corresponde a uma barreira que é construída transversalmente à direção do escoamento de um curso d´’agua para acumular ou elevar o nível de água.
A função desses reservatórios é reservar a água, abundante na época das chuvas de novembro a fevereiro, para ser utilizada pelos sistemas de irrigação na época seca de março a outubro, ou durante os veranicos quando faltam chuvas no verão, época em que muitas culturas estão nas fases reprodutivas de seus ciclos de produção, e a falta de água nessa fase pode levar a quebras significativas da produtividade.
Para o ano de 2016 foram identificados 351 pequenos e médios reservatórios na BASM, sendo que apenas 201 desses foram estritamente construídos com a finalidade de reservação de água para irrigação, como os exemplos demonstrados nas figuras 7a, 7b e 7c.
Com base nos dados de volume de alguns dos 351 reservatórios obtidos do Relatório de Segurança de Barragens 2015* e das áreas dos espelhos d’água, foi feita uma estimativa simplificada dos volumes dos reservatórios na BASM. Dos 351 reservatórios, 60% tem área de até 5 ha, e armazenam estimados 24,61 hm³, enquanto que o volume total estimado desses reservatórios na BASM é de cerca de 240 hm³ (gráfico 4). Se incluirmos o lago da UHE Batalha, o volume de água armazenado na BASM é de estimados 2.021 hm³.
Gráfico 4. Número de reservatórios por área do espelho d’água e volumes de armazenamento
estimados. (*os dados do relatório foram repassados pela COSER/SRE/ANA)
A grande maioria desses reservatórios é feita a partir de barragens de terra sobre os cursos d’água, sendo muito comum o alagamento de veredas na região. Para sua construção avalia-se, de forma empírica, as condições locais para atendimento dos pivôs centrais a que se destinam, não se considerando que uma barragem está hidrologicamente interligada com a outra.
Gráfico 5. Porcentagem de reservatórios existentes no Alto São Marcos por área de drenagem à
montante
O gráfico 5 demonstra que 42% dos reservatórios no Alto São Marcos tiveram seus barramentos construídos em regiões dos corpos hídricos com até 10 km² de área de drenagem. E ao se comparar os gráficos 3 e 5, enquanto 77% dos reservatórios têm área de drenagem de
42,0 21,9 12,8 5,1 3,7 8,0 5,7 0,6 0,3 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 [0,10] [10,20] [20,30] [30,40] [40,50] [50,100] [100,500] [500,1500] [1500,7000] PORCENTAG EM DOS RESERVATÓRIOS ÁREA DE DRENAGEM (KM²)
até 30 km², 40% da área irrigada BASM se encontra em regiões com área de drenagem de até 30km². Em outras palavras, os reservatórios estão concentrados nas cabeceiras dos afluentes, para regularizar a vazão necessária para abastecer 40% dos pivôs centrais e cerca de 33 mil hectares na bacia.
É provável que os reservatórios da BASM tenham comportamento hidrológico similar aos reservatórios construídos na bacia do Rio Quiraí (RS) para irrigação de arroz, descritos por Collischonn et al. (2011). Tal como naquela bacia, os reservatórios da BASM não são operados com descarregadores de fundo ou com algum outro mecanismo que permita regularizar a vazão. Assim, a retirada de água para irrigação a partir dos reservatórios não afeta muito mais as vazões dos cursos d’água do que a presença dos reservatórios em si. Em consequência, a simples presença destes reservatórios, localizados nas cabeceiras dos afluentes, implica numa redução da vazão do rio porque parte da água é consumida pela evaporação. Por outro lado, é também provável que as retiradas de água diretamente a partir dos cursos d’água, e não de reservatórios, (onde foram identificadas 106 captações de água diretamente nos cursos d’água na BASM) é que causam uma grande diminuição na disponibilidade de água para jusante.
5.3.8. DEFINIÇÃO DA CAPACIDADE DE REGULARIZAÇÃO DOS RESERVATÓRIOS
Para se estimar a capacidade de regularização dessas obras que compõe a maioria dos sistemas de irrigação na bacia, foram feitas algumas simulações com reservatórios que estivessem sendo utilizados para irrigação no mês de setembro de 2016. Para tanto foram localizados na imagem do satélite Sentinel de 2016 pivôs visivelmente plantados para esse mês, como foi o caso dos pivôs dos agricultores Luiz Carlos Figueiredo (figura 7a), Gelcy Zancanaro (figura 7b) e Arthur Hofig (figura 7c), todos estavam irrigando tendo como fonte de água em pequenos reservatórios feitos nas calhas dos corpos hídricos.
Figura 7a. Sistema de reservatórios no córrego Vereda Grande abastece 18 pivôs e pode regularizar 100% da Qmlt.
Figura 7b. Reservatório no córrego Vereda Buritizinho abastecendo 5 pivôs
Figura 7c. Sistema canais interligando reservatórios abastece 18 pivôs (1.660 ha) e
No primeiro exemplo (figura 7a), parece haver um sistema de reservatórios interligados por tubulações subterrâneas, situado no córrego Vereda Grande. Nesse sistema os dois reservatórios mais à montante (com área de drenagem à montante de 4,3 e 6,5 km²) recebem água de um terceiro reservatório mais à jusante, cuja área de drenagem do barramento é de 20,6 km²). O sistema abastece 18 pivôs centrais, com área total de 1.660 ha. Na imagem se vê 11 pivôs centrais ativos, com área cultivada de 912 ha. Considerando um consumo instantâneo médio anual de 0,2 L.s .ha , o consumo instantâneo seria de 0,18 m³.s ,equivalente a 55% da Qmlt para aquele trecho. Se todos os pivôs estivessem operando ao mesmo tempo, o consumo instantâneo seria de 0,33 m³.s , o equivalente a 100% da Qmlt.
Na figura 7b se vê na imagem um barramento com 7,42 km² de área de drenagem, cujo reservatório abastece 5 pivôs plantados, somando uma área de 535 hectares cuja fonte de água é um reservatório no Córrego Vereda Buritizinho. Considerando o consumo instantâneo médio anual 0,2 L.s equivaleria a um pouco menos que 75% da Qmlt para aquele trecho do Córrego Vereda Buritizinho.
A figura 7c demonstra um reservatório no córrego Barreiro, cujo barramento tem área à montante de 156 km². A imagem captou o período em que estavam sendo irrigados 688 hectares. Se consideramos a taxa de consumo instantâneo médio anual de 0,2 L.s .ha , num total de 0,14 m³.s , o que equivale a 10% da Qmlt naquele trecho. Esse reservatório fornece água para 15 pivôs, com área total de 1.134 ha. Se todos estivessem ligados ao mesmo tempo, à taxa de consumo instantâneo estimado em 0,2 L.s .ha , o consumo total seria de 227 L.s , ou 0,22 m³.s , o que equivaleria a um pouco mais que 17% da Qmlt para aquela altura do Córrego Barreiro.
Obviamente os 351 reservatórios existentes na BASM exercem um impacto no regime hídrico daquela bacia, e tal impacto precisava ser incluída na estimativa de disponibilidade hídrica para o cálculo do balanço hídrico. Contudo, a capacidade de regularização de pequenos reservatórios com fins de irrigação é um tema complexo, pois essa varia com o tamanho do reservatório e com a afluência média que chega até ele. Os testes feitos pela SRE/ANA com alguns desses reservatórios apontaram para uma regularização hídrica que varia entre 2 a 58% da Qmlt.
Em nossa avaliação os reservatórios situados nas cabeceiras dos cursos d’água, como os das figuras 7a e 7b, geralmente armazenam menores volumes que os situados mais à jusante, e os pivôs abastecidos por esses pequenos reservatórios consomem maiores porcentagens da Qmlt, (como por exemplo 50% a 100% da Qmlt). Por outro lado, os reservatórios formados por barramentos em locais com maior área de drenagem à montante, como o mostrado na figura 7c, mesmo que abasteçam muito mais pivôs do que os reservatórios menores das regiões mais altas, a porcentagem da vazão afluente consumida pela irrigação é menor, da ordem de 5 a 20% da Qmlt.
Na literatura científica consultada dados de capacidade de regularização de pequenos reservatórios é escassa. Porém, Campos et al (2003), em estudo na bacia do Rio Jaguaribe, Ceará, onde, segundo Gondim et al. (2010), a evapotranspiração anual média é 1.719 mm, afirmam que os pequenos reservatórios (aqueles que têm afluência média de até 10 hm³.ano ), são capazes de regularizar 23% da afluência média anual (ou 46% da QMLT), e evaporam 18% da vazão afluente.
Concluindo, para realizar as simulações de balanço hídrico neste trabalho, foi adotado como vazão de referência para disponibilidade hídrica 50% da Qmlt. A justificativa para assumirmos esse valor de oferta de água é que é preciso incluir na disponibilidade hídrica o efeito desses pequenos reservatórios como estruturas chaves que são na garantia da regularidade de água para ser consumida pela irrigação dos pivôs centrais na BASM.
5.3.9. RESUMO FINAL DA CAMADA DE DISPONIBILIDADE HÍDRICA
A camada do mapa de disponibilidade hídrica se configurou em um mapa das ottobacias do alto São Marcos em cuja tabela associada uma das colunas têm os valores de disponibilidade hídrica definidos como 50% da QMLT (figura 8a), e em outra coluna (ou campo) se têm os valores de consumo de água de todos os pivôs centrais que captam água em cada ottobacia, incluindo os pivôs centrais existentes em outubro de 2016 (PCEs – figura 8b) e a soma de pivôs centrais potenciais (PCPs) e PCEs (figura 8c), antes do cálculo do balanço hídrico.
Essa camada se compõe de 2.033 ottobacias, sendo que dessas, apenas 268 possuem pontos de captação de água para abastecimento de PCEs (figura 8b). Quando se considera PCEs e PCPs em conjunto (figura 8c), tem-se 933 ottobacias contendo pontos de captação de água de pivôs.
Figura 8a. Disponibilidade de água por ottobacia na BASM (2033 ottobacias)
Figura 8b. Consumo de água dos PCEs outubro de 2016, por ottobacia (268 ottobacias com pontos de captação para PCEs).
Figura 8c. Consumo de água dos PCEs e somados ao consumo dos PCPs, por ottobacia (933 ottobacias com pontos de captação para PCEs e PCPs).
5.3.10. FERRAMENTA COMPUTACIONAL DE CÁLCULO DO BALANÇO HÍDRICO
O consumo de água pela irrigação se refere ao montante de água que não volta para a bacia de onde foi retirada, ou seja, é consumida pela evapotranspiração, que é consumo da planta cultivada (Pfister et al., 2011).
A ferramenta de BALANÇO HIDRICO foi desenvolvida pelo Coordenação de Estudos Hidrológicos (COHID) da SPR/ANA acoplado como um plug-in do SIG livre de código aberto OpenJUMP. A utilização de ferramentas de apoio a gestão e planejamento de recursos hídricos como a ferramenta BALANÇO HIDRICO acoplada a SIGs como o OpenJUMP constituem ferramentas indispensáveis no processo de tomada de decisão em recursos hídricos. As figuras
9a, 9b e 9c ilustram a interface gráfica dos módulos desenvolvidos para processar o balanço
Figura 9a – Modulo de Oferta Hídrica.
Figura 9b – Modulo de Demanda Hídrica.
Figura 9c – Modulo de Balanço Hídrico.
O balanço hídrico entre demandas e disponibilidade hídrica, implementado na ferramenta, pode ser feito por ottobacias. A discretização do sistema é feita por ottobacia, o que implica que, a cada ottobacia, corresponde uma única vazão de referência. Na ferramenta são considerados os dois grupos de manancial, reservatórios e mananciais naturais de rios, de modo que no processo de balanço hídrico estes dois mananciais sejam tratados no cálculo do balanço adequadamente.
Para cada ottobacia é realizada pela ferramenta o enquadramento do tipo de manancial, a partir de informações passadas pelo usuário. Na ferramenta foram considerados duas abordagens no fluxo de cálculo do balanço hídrico. Uma abordagem denominada de balanço hídrico concentrado e outra denominada de balanço hídrico distribuído.
Na abordagem concentrada considera-se que todas as variáveis de entrada e saída são representativas de toda área estudada. Por outro lado, na abordagem distribuída consideram a variabilidade espacial encontrada nas diversas variáveis do modelo. Além disso, a abordagem distribuída considera também a existência de relação espacial entre elementos vizinhos. Via regra geral, no balanço hídrico concentrado tanto a disponibilidade hídrica como as demandas são acumulados para toda a área de contribuição do trecho em análise. Já no balanço hídrico distribuído apenas é considerada as demandas associadas às ottobacias e a disponibilidade hídrica adotada corresponde as vazões remanescentes das duas ottobacias imediatamente à montante, somada a vazão incremental da ottobacia.
Como valor de referência para a disponibilidade hídrica foi considerado 50% da vazão média de longo termo (50% da Qmlt), de forma a se simular a presença de pequenos barramentos, necessários aos sistemas de irrigação por pivô central. Por conseguinte, procurou-se agregar o máximo possível, em função da distância, na mesma coordenada geográfica, os pontos de captação dos pivôs centrais potenciais (PCPs), para diminuir a quantidade de barramentos necessários a abastecer essa ampliação hipotética da irrigação.
Mais ainda, tendo em vista o trabalho de Hessari et al. (2016), as distâncias de até 1.000 m em torno dos cursos d’água são consideradas como a máxima distância viável para se conduzir a água até a área irrigada sem que haja grandes investimentos em infraestrutura ou bombeamento. Já Perroni (2008) afirma que o custo por hectare de um sistema de pivô central tem redução dos custos com o aumento da área irrigada para um mesmo comprimento de adutora. Por conseguinte, quando o comprimento da adutora aumenta, para uma mesma área, o custo.ha-¹ do pivô central também tende a aumentar. Em outro estudo sobre custos de instalação de pivôs centrais, Oliveira et al (2013) afirmam que a participação da irrigação no custo de produção do feijoeiro, variou de 14,8 a 21,5% entre as condições extremas, ou seja, do menor desnível topográfico (40 m) e comprimento da adutora (2.000 m) ao maior desnível (80 m) e comprimento (3.000 m).
Sendo assim, incluímos nas simulações o fator da distância. Foram realizadas quatro (4) simulações de cálculos de balanço hídrico com diferentes configurações da presença dos PCPs, pois além da análise do balanço hídrico de todo o conjunto de PCPs, procedemos a três (3) outras análises de balanço hídrico em função da distância dos PCPs do ponto de captação de água:
- PCPs com até 1.000 metros da captação de água; - PCPs com até 2.000 metros da captação de água; - PCPs com até 3.000 metros da captação de água;
Os dados de entrada para o cálculo do balanço hídrico foram as camadas de disponibilidade hídrica (figura 8a) e a camada de consumo de água (figura 8c). Na tabela de ambas as camadas encontram-se os seguintes campos necessários para se proceder ao cálculo de balanço hídrico no módulo FERAH do SIG Open Jump:
- código da ottobacia (COBACIA);
- código do curso d’água (COCURSODAG);
- área à montante da ottobacia em km² (NUAREAMONT); - disponibilidade hídrica em m³/s (NUVAZAODIS);
- consumo de água em m³/s (CONSUMO);
6. RESULTADOS
A utilização de 50% da Qmlt como disponibilidade hídrica de referência teve como justificativa simular a presença de reservatórios de tamanho suficiente para regularizar essa vazão anual nos cursos de água da BASM. Contudo, 50% da Qmlt não foi suficiente para explicar a irrigação de 121 PCEs (área irrigada de 12.083 ha) em algumas das ottobacias de cabeceiras (figura 10a). A solução para evitar que PCPs fossem locados à jusante dessas ottobacias foi descontar o déficit retirando PCPs nas ottobacias imediatamente à montante, e assim por diante, até que o déficit de água fosse eliminado.
Considerando apenas o cruzamento entre as camadas de declividade e de uso e ocupação do solo (figura 3c), além dos 82.906 ha irrigados por 1.011 pivôs centrais existentes (PCEs) na BASM em outubro de 2016, poderiam ser instalados mais 2.284 pivôs centrais potenciais (PCPs), com área total de 130.710 ha. Ou seja, somando-se PCEs e PCPs, se a oferta de água não fosse fator limitante, poderiam existir 3.295 pivôs centrais na BASM, com uma área irrigada de 213.060 ha (figura 10b).
Porém, o fator de disponibilidade de água é limitante, assim como a distância da fonte de água está diretamente relacionada com os custos de investimentos necessários para a irrigação por pivôs centrais. A figura 10c demonstra o mapa de como ficaria a distribuição de pivôs centrais na BASM, após o cálculo do balanço hídrico. As figuras 10d, 10e e 10f são os mapas comas configurações de pivôs centrais na BASM após a restrição da locação de PCPs em função da distância de 3.000, 2.000 e 1.000 metros, respectivamente, todas com os respectivos cálculos de balanço hídrico..
A tabela 3 resume os resultados das cinco simulações de ampliação da área irrigada na BASM, comparadas aos PCEs na data base de outubro de 2016. Quando se considera o balanço hídrico com disponibilidade hídrica de referência de 50% da Qmlt, a área irrigada por PCPs decai 18,4 %. E quando se simula as restrições de distância da captação de água em 3.000, 2.000 e 1.000 metros, a área total irrigada por PCPs decai 21,7%, 41,2% e 82,9%, respectivamente.
A tabela 4 demonstra como seria a necessidade de reservação de água para que se pudesse regularizar a vazão dos cursos d’água em 50% da Qmlt nos pontos mais próximos dos PCPs para servir como captação de água, em cada uma das simulações que envolveram cálculos de balanço hídrico.
Os gráficos 6a e 6b demonstram o conjunto dos PCEs e dos PCPs somados em termos de unidades e em termos de área irrigada, para cada tipo de simulação apresentada, sempre em comparação com a situação real encontrada em outubro de 2016 na BASM. O
gráfico 6c demonstra o consumo de água pela irrigação em cada tipo de simulação,
comparadas à situação real de outubro de 2016.
Figura 10a. Pivos centrais existentes (PCEs) na
BASM em outubro de 2016. Figura 10b. Capacidade total de suporte de PCPs da BASM (considerando apenas as características de terreno).
Figura 10c. Capacidade máxima de suporte de PCPs na BASM - considerando o terreno e a disponibilidade hídrica de 50% da Qmlt.
Figura 10d. Capacidade de suporte de PCPs na BASM - considerando o terreno, a
disponibilidade hídrica (50% da Qmlt) e a distância de até 3.000 m da fonte de água.
Figura 10e. Capacidade de suporte de PCPs na BASM - considerando o terreno, a
disponibilidade hídrica (50% da Qmlt) e a distância de até 2.000 m da fonte de água.
Figura 10f. Capacidade de suporte de PCPs na BASM - considerando o terreno, a
disponibilidade hídrica (50% da Qmlt)e e a distância de até 1.000 m da fonte de água.
Simulação Nº Pivôs Área (pivôs - ha) Distância da Captação (m) Área à montante (km²)
Total Máx M Máx M Min Máx M Mín
Apenas PCEs (out/2016) 1.011 82.906 211 81 4.707 1.270 140 6.725 440 1,97 Apenas PCPs (sem balanço
hídrico) 2.284 130.627 615 57 5.812 1.633 255 6.529 456 0,8
Apenas PCPs (com balanço
hídrico – 50% da Qmlt) 1.938 106.570 467 55 5.151 1.533 255 6.529 505 1 Apenas PCPs até 3.000 m
(com balanço hídrico) 1.858 102.265 379 55 3.000 1.473 255 6.529 512 1 Apenas PCPs até 2.000 m
(com balanço hídrico) 1.520 76.804 333 50 2.000 1.198 255 6.529 559 1 Apenas PCPs até 1.000 m
(com balanço hídrico) 521 22.276 154 42 1.000 746 255 6.529 773 1
Tabela 3 resultados das cinco simulações de ampliação da área irrigada na BASM comparadas
a situação real em Out/2016
Simulação
Necessidade de Reservação de Água
Total M nº de PCPs por Reservatório M Consumo de Água por Reservatório (
. M de Área Irrigada por Reservatório (ha) Apenas PCPs + balanço hídrico 666 2,5 891,77 milhões 141,39 Apenas PCPs até 3 km + balanço hídrico 672 2,4 843,49 milhões 133,73 Apenas PCPs até 2 km + balanço hídrico 647 2,0 642,26 milhões 101,83 Apenas PCPs até 1 km + balanço hídrico 321 1,3 336,42 milhões 53,34
Tabela 4. Resultados das 4 simulações de balanço hídrico para necessidade de reservação.
Gráfico 6a – Número de pivôs na BASM para cada tipo de simulação, comparados à situação
Gráfico 6b – Área irrigada por pivôs na BASM para cada tipo de simulação, comparados à
situação real encontrada em Out/2016
Gráfico 6c – Consumo de Água para irrigação para cada tipo de simulação, comparados à
situação real encontrada em Out/2016.
7. COMENTÁRIOS
7.1. IMPACTO DA AMPLIAÇÃO DA IRRIGAÇÃO SOBRE A GERAÇÃO DE ENERGIA
Neste trabalho optamos pela segurança ao considerar que a cada hectare irrigado por pivô central consome 0,2 L.s-¹ em média durante um ano. Assim, o consumo de água pela irrigação na BASM em outubro de 2016 seria de 16,58 m³.s-¹.
