martin water management 2011 - version in portuguese

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,


Nebraska

Lincoln

1,7 milhoes de pessoas

Precipitacao:

380 mm900 mm

700 km

Derrel Martin,


Nebraska 20 milhoes ha

Minas Gerais 59 milhoes ha

Nebraska Comparacao de tamanhos

Derrel Martin,


Muitas perspectivas – Esta e a minha

O que voce ve nesta

imagem?

Derrel Martin,


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,


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,

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, m

ilh

oe

sd

e h

a 2003 2008

Derrel Martin,


Distribuicao de Metodos de Irrigacao por

aspersores nos EUA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Ce

nte

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Te

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ilh

oe

sh

a 2003 2008

Derrel Martin,


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,


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,


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,


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,


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Co

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by

Syst

em

sDrip / Trickle Gravity Systems Sprinkler Systems

Irrigacao - Great Plains, 2007

Farm and Ranch Irrigation Survey-2007

Derrel Martin,


Derrel Martin,


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,


Columbia River – Washington (bombeado do rio- 70 to 250 m desnivel)

Derrel Martin,


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,


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,


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,


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,


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,


Regioes com Elevado Indice de Nitrato-Nitrogenio em agua subterranea

Conentracao max admissivel = 10 mg/L

Derrel Martin,


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,


Funcoes e Processos do Ecossistemas

Como criar incentivos para o produtor?

Derrel Martin,


Especies em extincao dependemdos rios de Nebraska

Least Tern

Piping Plover

Pallid Sturgeon

Whooping Crane

Derrel Martin,


Balanco Hidrico em uma bacia hidrografica irrigada

Derrel Martin,


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,


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,


Moratoria do bombeamento

Areas adequadamente exploradas e superexploradas em

Nebraska

Derrel Martin,


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,


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,


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,


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,


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,


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,


Bomba com selo mecanico desgastado

Selo

desgastado

Parte da agua e rebombeada e repressurizada

Selo

desgastado

Vazamento

interno

Derrel Martin,


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,


O meu pivo esta operando como deveria?

Exemplo dos nossos programas

educaionais para atender os produtores

no manejo dos pivos.

Derrel Martin,


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,


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,


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,


Selecao correta

de

Aspersores

Derrel Martin,


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,


Perdas por evaporacao e derivasao geralmente superestimadas

Selecionar mecanismos que

produzem gotas maiores para

minimizar Deriva e Evaporacao

Derrel Martin,


O escoamento acontece

Depende do Solo,

Capacidade do

sistema, Manejo,

modelo do aspersor ,

…

Uma das maiores

“perdas” potenciais

da agua para Pivos

Derrel Martin,


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,


Sensores matriciais

Watermark

Derrel Martin,


Historico da agua no solo na ultima semana

Derrel Martin,


Rede de Monitoramento

Wireless de sensores

Derrel Martin,


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,


Controle Remoto dos sistemas de Irrigacao

Pictures Courtesy of Valmont Industries

Derrel Martin,


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,


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,


Potencial com Taxa de irrigacao variavel HidrozonasMais de 5000 diferentes zonas possiveis

Campo

Definicao

Das Zonas

Derrel Martin,


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,


Prescricao Valley VRI Zone Control

Derrel Martin,


MANEJO DE AGUA EM NEBRASKA: TORNANDO-SE MUITO COMPLEXO

Ainda explorando possibilidades, probabilidades e Limitacoes

Derrel Martin,


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,


Para onde vai a agua em uma bacia

hidrografica

Modificado de

Cannia

Eficiencia no uso da agua

Derrel Martin,


USOS e BENEFICOS ?

MUITOS TOMAM

DECISOES,

NINGUEM RESPONDE,

“ TEMPOS ESTAO

MUDANDO”

Derrel Martin,


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,


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,


Café???

Derrel Martin,


Derrel Martin,


20 t/ha

10 t/ha

Derrel Martin,


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,


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,


Fundacao de nosso Programa

Eficiencia

de uso da

agua

Eficiencia

energetica

e mecanica

Eficiencia de

programacao e

aplicacao

Derrel Martin,


Muitas perspectivas – Esta e a minha

O que voce ve

nesta imagem?

martin water management 2011 - version in portuguese

Education