ANÁLISE DA SENSIBILIDADE DO MODELO TERRADIM PARA O DIMENSIONAMENTO DE TERRAÇOS EM NÍVEL

Engenharia Rural, Piracicaba, v.18, n.2, dezembro/2006

ANÁLISE DA SENSIBILIDADE DO MODELO TERRADIM PARA

O DIMENSIONAMENTO DE TERRAÇOS EM NÍVEL

GONÇALVES, A.D.M.A1_{; MIRANDA, J.H.de}2_{; DUARTE, S.N}3_{; MINGOTI, R.}4

RESUMO: O terraceamento de terras agrícolas representa uma das práticas mais difundidas e utilizadas

pelos agricultores para controlar a erosão hídrica, constituindo-se na mais importante prática mecânica de controle da erosão. O modelo TERRADIM leva em conta o regime pluviométrico da localidade e, dessa forma, disponibiliza ao usuário uma nova metodologia de dimensionamento de terraços em nível, que não necessita utilizar a relação intensidade-duração-freqüência da localidade. Objetivou-se, com o presente trabalho, realizar uma análise da sensibilidade do modelo para verificar a influência dos processos de escoamento superficial, da infiltração de água no terraço e do tamanho da área de contribuição no dimensionamento do terraço. Os resultados obtidos mostraram que o modelo foi bastante sensível ao valor de CN adotado e ao tamanho da área de contribuição e pouco sensível ao valor da velocidade de infiltração da água no canal do terraço.

Palavras-chave: escoamento superficial, modelagem, erosão, sistema de terraceamento

SENSITIVITY ANALYSIS OF A MODEL FOR LEVEL TERRACE DESIGN

farmers to control erosion. The TERRADIM model takes into consideration the local rainfall regime, supplying the user with a new methodology to evaluate level terrace dimensions in which it is not necessary to use the local intensity-duration-frequency relation. The objective of this work was to analyze the sensitivity of the model in order to verify the influence of processes like runoff, water infiltration on the terrace and the contribution area size on the terrace design. The results showed that the model was very sensitive to the CN values adopted and to the contribution area size and less sensitive to the water infiltration rate in the terrace channel.

Keywords: runoff, modelling, erosion, terracing system _____________________

1_{Engenheiro Agrícola, Mestrando em Física do Ambiente Agrícola, Departamento de Ciências Exatas - ESALQ/USP}

- Av. Pádua Dias, 11, cx.09 CEP: 13.418-900, Piracicaba-SP – Fone: (0xx19) 3429-4283 Ramal: 207, e-mail: admgonca@esalq.usp.br

2_{Professor Doutor, Departamento de Ciências Exatas - ESALQ/USP, e-mail: jhmirand@esalq.usp.br} 3_{Professor Doutor, Departamento de Engenharia Rural - ESALQ/USP, e-mail: snduarte@esalq.usp.br} 4_{Engenheiro Agrônomo, e-mail: ramingoti@uol.com.br}

Recebido pela Comissão Editorial em: 07.10.05 Aprovado pela Comissão Editorial em: 05.06.06

INTRODUÇÃO

A erosão dos solos é um extenso, sério e crescente problema no Brasil, consistindo no processo de desprendimento e arraste das partículas do solo, causado pela ação da água ou do vento, constituindo-se na principal causa da degradação das terras agrícolas. A cada ano perdem-se 600 milhões de toneladas de solo agrícola, devido à erosão e ao uso inadequado do solo (PRUSKI; GRIEBELER, 1996).

Milhões de hectares de lavouras têm sido prejudicados pela erosão, perdendo-se corretivos, fertilizantes, sementes, herbicidas, pesticidas e inoculantes, reduzindo-se a eficiência operacional das máquinas, além da geração de custos adicionais com as próprias práticas para o controle da erosão, elevando-se os custos da produção dos produtos agropecuários.

Segundo a Federação da Associação dos Engenheiros Agrônomos do Brasil (FAEAB), essas perdas correspondem a uma perda anual de 0,5% da área nacional ocupada por lavouras, considerando-se uma camada arável de 20 cm e massa específica do solo de 1,0 g cm-3 _{(BAHIA et al., 1992).}

A erosão dos solos pode provocar o desaparecimento de mananciais, bem como acentuar os efeitos das inundações, influenciando, também, uma grande gama de impactos ambientais, desde a própria degradação do solo até problemas ambientais mais genéricos (GUERRA; CUNHA, 1995). A erosão não causa problemas apenas nas áreas onde ocorre, reduzindo a fertilidade dos solos e criando ravinas e voçorocas; quase sempre provoca uma série de problemas ambientais, em nível local ou até mesmo em grandes áreas. Exemplo disso é o fato de as partículas

transportadas pela água, em uma área agrícola, poderem estar impregnadas de agroquímicos e contaminar as águas dos rios.

A poluição das águas por fontes difusas tem sido apontada como conseqüência de práticas de uso do solo sem cuidado ou sem planejamento. Uma das alternativas para reduzir esse processo é o manejo adequado dos restos culturais, principalmente, por meio da manutenção de uma cobertura do solo pelos resíduos. No entanto, nem sempre o manejo cultural é suficiente para a redução da erosão em um ecossistema sustentável. Nesses casos, é preciso utilizar-se de práticas mecânicas de controle da erosão, cujo exemplo mais conhecido é o terraceamento agrícola (CASTRO, 2001).

A construção de terraços representa uma das práticas de conservação do solo mais difundidas e utilizadas pelos agricultores para controlar a erosão hídrica. Ela visa a reduzir a perda de água e de solo, pela interceptação de enxurradas que ocorrem quando a intensidade da chuva supera a capacidade de infiltração da água no solo, controlando seu potencial de destruição dos agregados do solo, como também subdividindo o volume do escoamento superficial e possibilitando a infiltração da água no solo.

A capacidade de infiltração tem um papel essencial no funcionamento hidrológico dos terraços em nível. Quanto mais água infiltrar no solo, menor o escoamento superficial e quanto maior a capacidade de infiltração no canal do terraço, maior sua capacidade de absorver a água superficial (CASTRO, 2001).

Outro elemento que tem papel fundamental no dimensionamento de terraços é a declividade do terreno, pois influencia a praticabilidade do terraceamento, uma vez que o aumento no volume e na velocidade da enxurrada são agravados com o comprimento e com o grau de declive. À medida que o declive é acentuado, o comprimento da rampa deve ser segmentado a curtas distâncias, para que o escoamento superficial não atinja velocidades elevadas. No caso de declives muito acentuados, torna-se impraticável a implantação de terraços, pela grande redução da área cultivada, aliada à dificuldade no manejo da cultura, além do aumento nos custos de construção e de manutenção dos terraços (ABRIMIDES NETO; MOURA, 1943, BERTONI; LOMBARDI NETO, 1990, HUDSON, 1995).

Segundo Lombardi Neto et al. (1994), a magnitude do escoamento superficial é a variável mais importante para dimensionar os terraços. O custo de construção e de manutenção de um sistema de terraceamento é relativamente alto, o que requer, antes da adoção dessa tecnologia, um estudo criterioso das condições locais, como clima, solo, sistema de cultivo, culturas a implantar, relevo e equipamento disponível, para que se tenham segurança e eficiência no controle da erosão. O rompimento de um terraço pode levar à

destruição dos demais que estiverem à jusante, podendo ocasionar grandes prejuízos à área cultivada. A área de contribuição do terraço é determinada de maneira que a água que escoa sobre a superfície do terreno não alcance velocidade erosiva, dependendo, portanto, das condições do terreno, do tipo de solo e das condições pluviométricas.

Assim, são freqüentes os erros na aplicação da prática do terraceamento, principalmente no que diz respeito ao seu dimensionamento (SPAROVEK; SILVA, 1997). Dessa forma, a aplicação de modelos computacionais para realizar tais tarefas torna-se uma alternativa importante. O modelo TERRADIM (MIRANDA et al., 2003) leva em consideração, em suas rotinas de cálculo, o regime pluviométrico da localidade em questão e, dessa forma, disponibiliza ao usuário uma nova metodologia de dimensionamento de terraços, aplicada a regiões que ainda não dispõem da relação intensidade-duração-freqüência de precipitações intensas.

A análise da sensibilidade é um processo essencial para entender como um modelo responde a mudanças nos dados de entrada e, em particular, para identificar o impacto que tais dados causam nos resultados do modelo. A análise da sensibilidade pode ser executada alterando-se o valor de uma variável, mantendo-se o restante inalterado e comparando-se o resultado em relação a uma condição-padrão. Dessa maneira, permite avaliar mudanças nos resultados, decorrentes de possíveis alterações nos dados de entrada (MARSHALL, 1999, FETT, 2000).

Objetivou-se, com o presente trabalho, realizar uma análise da sensibilidade do modelo TERRADIM, em relação às suas principais variáveis de entrada: Número da Curva (CN) (para estimativa do escoamento superficial), velocidade de infiltração básica de água no solo (VIB) e área de contribuição.

MATERIAL E MÉT ODOS

O modelo “TERRADIM” foi desenvolvido no Departamento de Ciências Exatas da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” – ESALQ/USP, em linguagem de programação Visual Basic 6.0. O modelo consiste, basicamente, de duas etapas de cálculo: a) a determinação do escoamento superficial diário (Eq.1), para uma série longa de dados pluviométricos, mediante a aplicação da metodologia do CN e b) a determinação do número de rompimentos da capacidade total de armazenamento de água do canal do terraço.

(

)

(

)

Engenharia Rural, Piracicaba, v.18, n.2, dezembro/2006 E_(i) - escoamento superficial diário, mm;

ppt_(i)- precipitação total diária, mm e S - retenção potencial máxima, mm.

De posse do valor da lâmina de escoamento, é possível determinar o volume diariamente escoado, o qual é obtido pelo produto entre o escoamento superficial diário e a área de contribuição do terraço (Eq. 2).

Ac E

VDE_(i)= _(i) (2)

em que:

VDE(i)- volume diariamente escoado, no dia (i), m 3_; E(i) - escoamento superficial, no dia (i), m; Ac - área de contribuição do terraço, m2_.

Com base no valor do perímetro molhado médio do canal do terraço, determina-se o valor do volume infiltrado por unidade de tempo (VI) (Eq. 3):

L P VIB

VI_(i) = _(i) (3)

em que:

VIB - velocidade de infiltração básica do solo, mm h-1_;

P_(i) - perímetro molhado médio, m; L - comprimento do terraço, m.

Conhecendo-se o volume infiltrado, pode-se determinar qual o volume de água no terraço para o dia corrente, por meio de um balanço entre a entrada e a infiltração de água no canal (Eq. 4):

) i ( ) i ( ) 1 i ( ) i ( VAT VDE VI VAT = ₋ + − (4) em que:

VAT_(i) - volume de água no terraço, m3_.

Para uma série de vários anos de dados diários de chuva, o modelo revela o número de rompimentos do canal. Mudando-se uma variável do dimensionamento, como, por exemplo, a largura do canal (B), e considerando que o período de retorno é dado pela razão entre o número de anos da série e o número de rompimentos, pode-se obter o valor de B (m) para o valor do período de retorno adotado.

A análise da sensibilidade do modelo “TERRADIM” foi aplicada para a localidade de Piracicaba, SP (Lat: 22o_{42’S, Long: 47}o_{38’ W e Altitude:} 546 m) dispondo-se, para tal, de uma série histórica pluviométrica com 85 anos de dados diários. As simulações foram feitas no sentido de provocar variações positivas e negativas, dentro da faixa de +30%, +20%, +10% e -30%, -20%, -10% dos valores-padrão, nos seguintes parâmetros: número da curva (CN), velocidade de infiltração básica (VIB) e área de contribuição (ha) (Tabela 1).

Para proceder às simulações, alguns parâmetros de entrada permaneceram com seus valores

constantes, ou seja, a altura da seção do canal do terraço foi considerada como de 0,5 m, o comprimento do canal igual a 300 m e o período de retorno igual a 5 anos. A variável de saída foi a largura do canal do terraço (B), considerado como de seção parabólica.

Tabela 1 - Valores das variáveis sujeitas às oscilações positivas e negativas

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Pode-se observar, pelos gráficos a seguir, os valores respectivos de B (m), em relação a cada parâmetro submetido às variações. Em relação à variável CN, os valores de B variaram entre 1,7 e 7,3 m, ou seja, para uma variação de -30 % a +30 % do valor do CN, o valor de B variou 156 %, considerando-se o valor-padrão de B igual a 3,6 m, pois, segundo Miranda (2003), utilizando-se os dados de entrada constantes, com um CN de 75, uma velocidade de infiltração básica (VIB) de 50 mm h-1 _{e uma área de contribuição de 1,0} ha, obteve-se uma largura do canal do terraço (B) igual a 3,6 m (Figura 1).

Em se tratando das variações da velocidade de infiltração básica (VIB), o modelo mostrou-se insensível a elas. Este resultado deve-se ao fato de a VIB referir-se apenas àquela da superfície interna do canal (Figura 2).

Figura 1 - Representação gráfica dos valores de Largura do canal (B) (m) em relação à análise da sensibilidade com variações +30%, +20%, +10% e -30%, -20%, -10% do valor padrão do parâmetro número da curva (CN) 0 2 4 6 8 0 20 40 60 80 100 CN B (m) Variáveis Taxa de

Variação (%) CN VIB (mm h-1) Área (ha)

+30 98 65 1,3 +20 90 60 1,2 +10 82 65 1,1 0 75 50 1,0 -10 67 45 0,9 -20 60 40 0,8 -30 52 35 0,7

0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 60 70 VIB (mmh-1) B (m)

Figura 2 - Representação gráfica dos valores de Largura do canal (B) (m) em relação à análise da sensibilidade com variações +30%, +20%, +10% e -30%, -20%, -10% do valor padrão da velocidade de infiltração básica (VIB)

Com relação à área de contribuição, pode-se observar que houve uma variação crescente de 2,5 m a 4,7 m, ou seja, 61 % sobre o valor de 3,6 m, o que não se reflete em problema, tendo em vista que o valor da área pode ser determinado precisamente no campo (Figura 3).

Figura 3 - Representação gráfica dos valores de Largura do canal (B) (m) em relação à análise da sensibilidade com variações +30%, +20%, +10% e -30%, -20%, -10% do valor padrão da área de contribuição (C)

Tabela 2 - Valores de Largura do canal (B) (m) em relação à variação de cada parâmetro na análise da sensibilidade Podem-se verificar, resumidamente, pela Tabela 2, os valores respectivos de B(m), em relação a cada variável submetida às variações.

CONCLUSÕES

De acordo com os resultados obtidos pela análise da sensibilidade do modelo, a velocidade de infiltração básica (VIB) no canal do terraço influenciou pouco o seu dimensionamento. Em termos do efeito da área de contribuição, observou-se que os valores da base do terraço (B) sofreram uma variação diretamente proporcional à variação daquela. Já em relação ao CN, verificou-se que a variação dos valores de B foi muito expressiva, indicando uma certa preocupação na aplicação desse método de estimativa do escoamento superficial, em termos de modelagem computacional.

REFERÊNCIAS

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Taxa de Variação (%) CN VIB (mm h-1) Área (ha)

B (m) +30 7,3 3,6 1,3 +20 5,5 3,6 1,2 +10 4,3 3,6 1,1 0 3,6 3,6 1,0 -10 2,8 3,6 0,9 -20 2,1 3,6 0,8 -30 1,7 3,6 0,7

Engenharia Rural, Piracicaba, v.18, n.2, dezembro/2006 FETT, M.S. Análise econômica de sistemas de

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