Balanço Hídrico

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Balanço Hídrico
Nesta presente pesquisa iremos estudar mais sobre o Balanço Hídrico e quais as suas aplicações na área de Engenharia. 
De acordo com a definição feita pelo Prof. Sentelhas & Prof. Angelocci, da Universidade de São Paulo, o Balanço Hídrico nada mais é do que o computo das entradas e saídas de água de um sistema. Sendo assim, o mesmo pode ser divido em escalas, cujos tamanhos variam em grandes, médias e pequenas escalas.
 Na escala macro, o Balanço Hídrico é o próprio “ciclo hidrológico”, onde seu resultado nos trará a água disponível em todo o sistema, ou seja, a biosfera. 
Já na escala média ou intermediária, o balanço hídrico representa a vazão de um sistema representado por uma micro bacia hidrográfica. Portanto, para períodos em que a chuva é menor do que a demanda atmosférica por vapor d´água, a vazão (Q) diminui, ao passo em que nos períodos em que a chuva supera a demanda sua vazão aumenta. 
Por fim, a menor escala, ou escala local, o Balanço Hídrico tem por finalidade estabelecer a variação de armazenamento e a disponibilidade de água no solo. Sendo assim, pode-se conhecer qual a umidade do solo, determinando se essa região está sofrendo deficiência hídrica, a qual afeta de maneira negativa na lavoura local. 
Para se determinar a variação de armazenamento de água no solo, utilizamos uma fórmula que equaciona as entradas (+) e as saídas (-) de água no sistema. Sendo assim, os componentes a ser considerados para a realização dessa equação são: 
Entradas:							Saídas 
P = Chuva 						ET = evapotranspiração	
O = orvalho						Ro = escorrimento superficial
 Ri = escorrimento superficial 				DLo = escorrimento sub-superficial
DLi = escorrimento sub-superficial 			DP = drenagem profunda
AC = ascensão capilar
 ARM = P + O + Ri + DLi + AC – ET – Ro – DLo – DP
A chuva representa a principal entrada de água em um sistema, sendo que a contribuição do orvalho só assume papel importante em regiões muito áridas, se tornando assim desprezível. As entradas de água pela ascensão capilar também são muito pequenas e somente ocorrem em locais com lençol freático superficial e em períodos muito secos. Mesmo assim, a contribuição dessa variável é pequena, sendo também desprezível. Já os fluxos horizontais de água (Ri, Ro, DLi e DLo), para áreas homogêneas, se compensam, portanto, anulando-se. A ET é a principal saída de água do sistema, especialmente nos períodos secos, ao passo que DP constitui-se em outra via de saída de água do volume controle de solo nos períodos excessivamente chuvosos.
Portanto: ARM = P – ET – DP 
Por meio dessa equação, pode-se determinar a variação da disponibilidade de água no solo. Caso se conheça a capacidade de água disponível (CAD) desse solo, pode-se determinar também a quantidade de água armazenada por ele.
Como o solo é um reservatório que dificulta a saída da água à medida que vai secando, nos períodos em que o total de chuvas (P) é menor que a evapotranspiração potencial (ET), a água retida torna se uma função dessa demanda potencial (P - ETP < 0) e da CAD adotada. Havendo uma sequência de períodos nessa condição, a água retida no solo será uma função sequencial dos valores negativos acumulados de P - ETP, ou seja, da perda potencial acumulada (THORNTHWAITE e MATHER, 1955). Tal somatório é denominado "negativo acumulado“. Impondo as condições de contorno do BHC, MENDONÇA (1958) propôs a primeira simplificação no método de Thornthwaite-Mather, na qual todas as tabelas de água retida (ARM) podiam ser substituídas pela equação adimensional:
ARM/CAD = exp [Neg Acum/CAD]
Curva de retenção de água no solo
A Curva de retenção de água no solo relaciona o conteúdo de água no solo com a força (tensão) que ela está retida pelo mesmo. Sendo assim, permite que tenhamos uma estimativa da disponibilidade de água no solo para as plantas, na profundidade de solo considerada. 
O limite superior, que é chamado de capacidade de campo (CC), é o máximo que um solo armazena de água sem que haja perdas por percolação. Isto ocorre por que neste momento a força da gravidade exercida para baixo através do peso, entra em equilíbrio com as forças de capilaridade dos poros, cessando assim a percolação de água. 
No limite inferior da CAD, que é chamado de ponto de murcha permanente (PMP), o armazenamento é tão pequeno que a planta mesmo gastando muita energia, não consegue retirar a água dos poros, por que neste momento a tensão de água no solo é muito alta (1500KPa).
 
Tipos de Balanço Hídrico
- BH Normal (mensal) – análise climatológica; 
- BH sequencial (diário, semanal, decendial, mensal) – acompanhamento das condições; 
- BH de culturas – monitoramento da irrigação, zoneamentos, estimativa de produtividade;
Balanço Hídrico Normal
Aplicações do Balanço Hídrico Normal: 
A caracterização regional da disponibilidade hídrica do solo possibilita: 
A comparação dos climas de diferentes localidades; 
A caracterização dos períodos secos/úmidos;
O planejamento agrícola (áreas aptas, época mais favorável de semeadura, sistema de cultivo, etc), baseado no zoneamento agroclimático.
Piracicaba - SP
Acima, vemos alguns gráficos do Balanço Hídrico Normal da cidade de Piracicaba – SP. 
Balanço Hídrico Sequencial
O balanço hídrico climatológico sequencial emprega o mesmo método do BHC Normal. A primeira diferença entre ambos é que no sequencial utilizam-se dados de um período ou de uma sequência de períodos específicos, ou seja, o BHC sequencial de 2004, por exemplo, ou ainda dos anos de 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 e 2005. Esse tipo de BHC permite se conhecer o que ocorreu em termos de disponibilidade hídrica do solo, deficiência e excedente hídricos em períodos específicos e, com isso, identificar a variabilidade dessas variáveis. A segunda diferença é na inicialização do BHC sequencial. Neste, por não ser um ano cíclico (normal), deve-se iniciar o balanço somente quando houver uma sequencia de períodos com (P-ETP) > 0 que seja suficiente para garantir ARM = CAD. Assim, se deseja determinar o BHC sequencial a partir de janeiro de 2005, é conveniente se iniciar os cálculos em algum momento de 2004. 
Foi efetuado o balanço hídrico dos anos de 2007 e 2008 (Figura 1), que compreende o período de realização do experimento de forma a verificar a ocorrência de deficiência hídrica. A metodologia empregada foi a de THORNTHWAITE & MATHER (1955), utilizando-se para cálculo de planilha eletrônica desenvolvida por ROLIM (1998).
FIGURA 1 Balanço hídrico sequencial de cada intervalo de 10 dias, durante o ano de 2007 (A) e 2008 (B). Guarapuava - PR, 2008. As setas indicam o período de pastejo em 2008. 
Balanço Hídrico de Cultura
O balanço hídrico climatológico elaborado até então considerava a ETP para posteriormente estimar ETR. No caso do BH de cultura, leva-se em consideração a ETc (também simbolizada por ETm) tendo-se então (P-ETc), que servirá para a estimativa de ETr (também simbolizada por ETa), assim como para a estimativa da deficiência hídrica (ETc – ETr) e do excedente hídrico. O BH de cultura será empregado também para se determinar a deficiência hídrica relativa da cultura (1 – ETr/ETc), a qual tem relação direta com a quebra de rendimento das lavouras (1 – Yr/Yp). O BH de cultura é normalmente empregado de forma seqüencial e utiliza o método de T&M (1955), ou seja do BHC para a estimativa de ARM, ALT, ETr, DEF e EXC.
ETr/ETc = 0 (1 – ETr/ETc) = 1 Deficiência hídrica máxima (1 – Yr/Yp) ALTA 
ETr/ETc = 1 (1 – ETr/ETc) = 0 Sem deficiência hídrica (1 – Yr/Yp) 0
Com deficiência Hídrica
Sem deficiência Hídrica
Balanço Hídrico para o controle de irrigação
A irrigação é uma prática agrícola cujo objetivo é atender as necessidades hídricas das culturas, evitando, assim, que estas sofram deficiências hídricas e, consequentemente, apresentem reduções em seus rendimentos.
Desse modo, tanto as irrigações deficientes como a irrigações excessivas sãoprejudiciais, reduzindo o rendimento das lavouras. O ideal é se aplicar a lâmina ótima, o que depende basicamente do monitoramento do balanço hídrico.
Assim, o Balanço Hídrico nos informa quando e o quanto irrigar. 
O BH para controle da irrigação é uma adaptação do BHC seqüencial, no qual trabalhase somente no intervalo de umidade do solo em que a cultura consiga extrair água na mesma taxa que ela necessita. Isso se dá entre a umidade da capacidade de campo (cc) e a umidade crítica (crit), a partir da qual se inicia o processo da deficiência hídrica. A esse intervalo entre a cc e a crit denomina-se Água Facilmente Disponível (AFD). Portanto, a AFD é uma fração da CAD. Essa fração é determinada fração de água disponível (p), a qual é fornecida por tabelas, em função do tipo de cultura e da demanda hídrica máxima da cultura.
Antes de se iniciar o controle da irrigação pelo BH, é preciso se conhecer:
- Fenologia da Cultura: A necessidade hídrica de uma cultura varia de acordo com suas fases fenológicas, que estão relacionadas aos valores de Kc. Culturas perenes muitas vezes necessitam de um período de repouso vegetativo durante o ano, normalmente no inverno. Obviamente, nesse período as irrigações não são necessárias. Já as culturas anuais não necessitam ser irrigadas na fase de maturação.
- Demanda Hídrica da Cultura: Além das fases fenológicas, a demanda hídrica de uma cultura varia de acordo com as condições meteorológicas, principalmente o saldo de radiação e a demanda atmosférica. A evapotranspiração da cultura (ETc) pode ser estimada em função de ETP: ETc = Kc * ETP.
- Características físico-hídricas do solo: Essas informações são importantes para se determinar a CAD e a AFD. CAD = [(CC% - PMP%)/100] * dg * Z AFD = CAD * p.
Conclusão
Portanto, após a realização das pesquisas e dos estudos feitos, podemos concluir que a importancia da água no nosso dia a dia é vital. Sendo assim, o estudo do Balanço Hídrico e suas funções para a sociedade, nos permitiu ter um maior conhecimento sobre a importância desse componente na nossa agricultura, tendo uma maior noção da quantidade de água que entra e sai em um determinado solo. Sendo assim, com este presente estudo, tivemos a oportunidade de entender mais sobre os processos de um ciclo hidrográfico, onde entendemos a necessidade de preservação e controle da água no nosso meio, com fins de melhor utiliza-la e evitar desperdícios. Percebemos também que uma das grandes dificuldades de resolução dos problemas se encontra na inabilidade de medir e quantificar os vários termos da equação do Balanço Hídrico. Assim, pudemos notar a importância e a utilidade de tal ferramenta, contribuindo para a correta medição do fluxo de água presente no determinado solo. 
Referências: 
http://www.esalq.usp.br/departamentos/leb/automatica/bhn.html
http://www.esalq.usp.br/departamentos/leb/aulas/leb495/Aula_5.pdf
http://www.esalq.usp.br/departamentos/leb/aulas/lce306/Aula9_2012.pdf
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-69162015000601019