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Apostila de Qualidade de àgua para Irrigação
 

Apostila de Qualidade de àgua para Irrigação

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Material para o 2o. Bimestre

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  • Qualidade de agua para irrigação
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    Apostila de Qualidade de àgua para Irrigação Apostila de Qualidade de àgua para Irrigação Document Transcript

    • QUALIDADE De ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO 1- INTRODUÇÃO A qualidade da água para irrigação nem sempre é definida com perfeição e os técnicos e as autoridades no assunto não chegaram a um acordo com referência a um padrão universal, porque a reação de qualquer cultura em especial depende de muitos fatores e não meramente da química do suprimento de água para irrigação. A natureza do solo, o clima, o tipo de cultura, o método de irrigação, as condições locais de drenagem e os métodos de orientação da cultura são fatores importantes para a aplicação correta da água. Sabemos que a cultura e o solo não reagirão diretamente a água de irrigação, porém a solução do solo resultante da mesma. A água aplicada no cultivo ao penetrar no solo pode ser utilizada e transpirada pelas plantas, pode retornar a superfície por transferência capilar e depois evaporar, pode ser temporariamente estocada no solo ou penetrar abaixo da zona de solo. Isso faz com que a água esteja sujeita a evaporação e conseqüente concentração em sais. Como poucas plantas utilizam quantidades significativas de sais, a salinidade do solo é gradativamente aumentada por irrigações sucessivas, a menos que os sais possam ser removidos. Tal fato ocorre frequentemente em "regiões de baixo índice pluviômetros de intensa evapotranspiração fazendo que a cal e o gesso precipitem. 0 aumento da salinidade do solo pode ocorrer de duas maneiras: - Uma certa quantidade de água de irrigação aplicada no solo se infiltra em profundidade levando juntamente os sais contidos no solo até o nível do lençol freático elevando com o tempo esse nível, o descontrole dessa ação faz com que o nível da água subterrânea atinja a superfície e fica sujeito a evapotranspiração pela capilaridade, ocasionando um acréscimo de sais a zona de solo ; - 0 reaproveitamento da água de irrigação drenada nas partes baixas e interceptada por uma represa ou por um poço para ser novamente utilizada na irrigação tende a aumentar a concentração em sais. A cada vez—que a água é utilizada, a evaporação concentra os sais na água remanescente degradando-a e contribuindo com mais_sais para o solo. Para contornar essas situações é conveniente controlar a drenagem do solo através de um manejo correto da irrigação. 0 conhecimento desses parâmetros serão necessários para compensar ou controlar os problemas relacionados com a qualidade da água, e se fazer uma correta interpretação quanto a sua adequabilidade para a irrigação. Assim, de um modo geral, a qualidade da água para irrigação deve ser analisada em função das características básicas seguintes: • concentração total de sais; • proporção relativa de sódio em relação aos outros cátions ;
    • - concentração de bicarbonatos; - concentração de elementos tóxicos; • reação sobre os equipamentos de irrigação. Antes de chegar a classificação da água para irrigação é conveniente saber como se fazem a amostragem e a interpretação dos resultados das analises fornecidos pelos laboratórios. ��.2AMOSTRAGEM E ANALISE DE ÁGUA 2.1) Amostragem As amostras coletadas, seja em córregos, rios, reservatórios ou poços, devem ser as mais representativas, enquanto for possível, para se obterem o máximo de informações com as quais se julgará a qualidade da água. De modo geral, recomenda-se os seguintes procedimentos: - Para os poços profundos', com condições normais de operação, a amostragem não apresenta nenhum problema. As características da água são consideradas praticamente constantes, uma vez que a intensidade de recarga do poço esteja em equilíbrio com a retirada da água. Todavia, quando um poço capta água de vário aqüíferos são necessárias várias horas de bombeamento para obter uma amostra representativa do principal aqüífero fornecedor de água. Da mesma forma que uma amostra nunca deve ser colhida em poço muito profundo nas primeiras horas de bombeamento. - Para rios e córregos, a amostragem é mais problemática. A coleta deve ser feita semanalmente ou mensalmente, devendo-se atentar para as características do fluxo e a vazão dos mesmos. - Para pequenos reservatórios, a água sendo praticamente homogênea, a coleta pode ser feita na saída do reservatório. -_Para grandes reservatórios, a água varia de composição em função da profundidade, portanto, torna-se necessário efetuar as coletas a várias profundidades e em vários locais do reservatório. Em todos os casos as amostras devem ser coletadas em garrafas de vidro ou plástico de 1 a 2 litros previamente lavadas com álcool e a própria água a ser coletada. As garrafas lacradas com fita adesiva e com as indicações da coleta (local, profundidade dia, hora, chuvas nas ultimas 24 h, etc .) devem ser encaminhadas ao laboratório o mais breve possível, para análise, a fim de evitar as modificações físico-químicas da composição da água com o tempo. Certos elementos químicos tendem a reagir por oxidação enquanto outros precipitam.
    • ��.2Apresentação das Análises A concentração total e individual dos elementos de maior importância deve ser determinada para que se possa julgar a qualidade de uma água para irrigação. Assim devem ser determinados os seguintes parâmetros físico-químicos : PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS PARÂMETROS QUÍMICOS PARÂMETROS QUÍMICOS Cátions Ânions Temperatura ' Cálcio Carbonato Condutividade elétrica Magnésio Bicarbonato Sólidos dissolvidos Sódio Sulfato pH Potássio Cloreto Dureza total Ferro Boro Os parâmetros pH, dureza, ferro são importantes para definir, juntamente com O2 dissolvido, C02 e manganês, o tipo de água, corrosiva ou incrustante, perante o material empregado nos equipamentos de irrigação. Na Figura 1, como exemplo, estão apresentados os resultados de uma análise de água de poço realizada pela CETESB .Nem .todos os laboratórios apresentam as determinações de forma padronizada e tão completo. Por isso, chama-se atenção quanto às unidades que podem divergir de um laboratório para outro, como por exemplo: - a condutividade elétrica a 25°C é dada em micromhos/cm (μmho/cm)_;= microSiemens/cm (μS/cm). Em muitos casos, a condutividade elétrica é para avaliar a concentração total de sais dispensando a determinação dos sólidos dissolvidos totais (SDT)como veremos adiante; - certos laboratórios determinam o resíduo seco filtravél a l80 C (RS), outros a matéria dissolvida (MD), outros ainda os sólidos dissolvidos totais (SDT)podendo ser considerados praticamente equivalentes; - As unidades da alcalinidade de carbonato e bicarbonato são em geral em mg/l de CaCO3, enquanto que o carbonato é em mg/l de CO3, e o bicarbonato em-mg/1 de HCO3,. Uma água só contém carbonato (CO3,) se o pH for superior a 8,3 (caso da análise da Figura 1) . - Em geral todos os elementos químicos tem por unidade o miligrama/litro (mg/ l) equivalente a parte por milhão (ppm). - 0 boro, às vezes, é dado em micrograma/litro (μg/lt ou ppb, em vez do mg/l. Sua determinação pode ser dispensada quando as determinações na região indicam concentrações baixas. - A dureza total da água em mg/l de CaCO-, corresponde a dureza em Ca e Mg, o que permite checar a validade das concentrações de Ca e Mg.
    • ��.3INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DAS ANALISES Em geral,os laboratórios só fornecem as determinações cabendo ao técnico se certificar da confiabilidade dos dados fornecidos e interpreta-los com os devidos cálculos. 3.1) Balanço Iôníco de uma. Análise Antes de qualquer interpretação deve ser calculado o erro de analise a partir do balanço iônico entre os câtions e ânions transformando as concentrações em mg/l para miliequivalente/litro (me/l). 0 calculo da concentração em me/l é feito da seguinte maneira: PA = peso atómico; V = valência do íon Exempló: ++ = 0,76mg/l Na+ = 105 mg/l Ca = =,76 x0,0499 = 0,038 me/l
    • Na = =106 x 0,04349 = 4,610 me/l Alcalinidade de bicarbonàto (HCO3 ) = 98 mg/l CaCO3, Alcalinidade de carbonato (CO3) = 114 mg/l CaCO3, HC03 = = 98 * 0,02 = 1,96 me/l C03 = = l14 * 0,02 = 2,28 me/l ++ -- isso porque a unidade é Ca CO (PA =100 V = 2) -- verificação com CO3 = 68,4.mg/l -- CO3 = = 68,4 x 0,0333 = 2,28 me/l.
    • Na literatura certos autores anotam a concentração do elemento químico precedida da letra r por exemplo: rCa = Ca me/l Para fazer a conversão do mg/l de cada elemento em me/l ou vice-versa existem tabelas de fatores de conversão para os ânions e dos cátions (Tabela 1). Como_a soma dos ânions e dos cátions existente em qualquer solução em me/l são iguais a porcentagem de erro, a equação abaixo permite verificar se a analise é equilibrada ionicamente: A diferença entre a soma dos cátions e dos ânions é em valor absoluto Esse erro deve ser proporcional a soma dos cátions ou dos ânions conforme o quadro a seguir, em virtude das dificuldades em dosar concentrações baixas. Σ cátions ou Σ ánions permissível 1 10 2 6 6 4 14 3 30 2 Aplicação: Analise da Figura 1 Ca = 0,038 me/l = 2,280 me/l
    • Mg = 0,008 = 1,960 Na = 4,610 = 0,125 K = 0,008 Cl = 0,127 Σ cátions = 4,664 Σânions = 4,492 = 2% o balanço iônico da análise é correto. Outra observação: .carbonatos pelo fato que o pH é superior a 8,3, mas -se. Perceber que a composição da água mudou entre o tempo coleta e a análise (4 dias) quando pH de campo era de 5,8. Pode ser verificado a. dureza total proporcional a soma em me/l de Ca + Mg. Dureza =0,046 me/l rCa'+rMg = 0,046 me/l Analise no. 2 de poço Ca = 5,2 mg/l = 0,260 me/l = 0 mg/l = 0 me/l Mg = 0,3 = 0,025 = 98 = 1.960 Na = 55 = 2,391 = 6,0 = 0,125 K. = 0,4 = 0,010 = 0,5 = 0,014 Σ cátions = 2,686 Σ = 2,099
    • E = 8% Esse erro pode ser ainda considerado permissível tendo em vista a baixa concentração de cada elemento químico.
    • Análise n° 3 do poço em região litorânea. Ca = 301 mg/l = 15,05 me/l C03 = 0 mg/l = 0 me/l Mg = 76,2 = 6,27 HCO3 = 156 = 3,12 Na = 182,0 = 7,91 SO3. = 415 = 8,64 K = 76 =1,94 Cl = 3,180 = 89,58 Σc =31,17 Σa =101,34 E = 53% Essa análise-deveria ser rejeitada mas é possível descobrir o elemento transcrito erradamente com os dados complementares. Se CE = 7.540 micromho/cm e a dureza total em CaCO3 = 1070 microg/l. Ca + Mg = 21,32 me/l Dureza = 21,40 me/l. O erro só pode ser nos cátions e no Na,que é muito baixo., não se equilibrando com Cloreto. Existe um erro de vírgula na concentração de Na= 1820 mg/l; Assim : Σ c. = 102,36 Σ =.101,34 . =.0,5.% Esse tipo de erro de transcrição de resultados é bastante freqüente e pode falsificar totalmente a interpretação de qualidade de uma água para irrigação, já que são poucos os laboratórios que tem o cuidado de verificar o balanço iônico de uma análise antes de entregar os resultados (Observação:no calculo 1 do1 SAR obter-se-ia um valor 10 vezes menor). 3.2) Concentração total de sais solúveis •
    • A concentração total; de .sais de uma água para irrigação corresponde a salinidade da água e se encontra relacionada a condutividade elétrica (CE). Pode ser expressa nas analises em SDT, RS ou matéria dissolvida em mg/l ou ppm. Em razão da facilidade e rapidez de determinação no campo com condutivimetro, a condutividade elétrica tornou-se o procedimento padrão para expressar a concentração total de sais para classificação e diagnose das águas destinadas a irrigação. Ha dois testes para avaliar a concentração total em sais de uma água de forma rápida, mas nem sempre precisa: - pela relação entre a concentração de sólidos dissolvidos e a condutividade elétrica a partir de equação de Hem. SDT em ppm = A x CE em umho/cm sendo que A pode variar de 0,5 a 1, com valor médio calculado em torno de 0,64. - pela razão entre condutividade elétrica em umhos/cm_e a concentração de cátions em me/l em torno de 100. Essa razão tende a 80, para águas ricas em cálcio e magnésio, ou para 110 para águas ricas em sódio. Acontece que essas aproximações são cada vez mais imprecisas quanto maiores as condutividades elétricas. 3.3) Porcentagem de Sódio Até 1954 a porcentagem de sódio foi muito usada para definir a qualidade da água. A % de Na pode ser calculada pela equação:
    • A partir desse conceito Eaton tenta mostrar a tendência de precipitação dos sais Ca e Mg sob a forma de carbonatos pela expressão: desde que a concentração de CO3 + HCO3 não supere a de Ca + Mg. _Aplicação na análise no. 1 Análise no.3:
    • ��.3Proporção de Adsorção de Sódio - SAR Com o passar do tempo a % de Na foi substituída por uma unidade mais significativa,a razão de adsorção de sódio - SAR (Sódio Adsorption Ratio) expressa pela equação: e pelo monograma da figura 2. FIGURA 2 - Monograma para determinar a SAR da água para irrigação e estimar o valor correspondente da percentagem de sódio trocável do solo que esta em equilíbrio com a referida água, segundo o "U.S. Salinity Laboratory Staff". Exemplo_da análise ..no. 3 (o cálculo SAR pelo monograma é impossível)
    • SAR = Análise no. 2 SAR :(nomograma) = 6,00 (bastante impreciso). ��.35 Carbonato de Sódio Residual – CSR Nas águas que contêm elevadas concentrações de íons bicarbonatos existe uma tendência a precipitação_do cálcio e magnésio sob forma de carbonatos; reduzindo, então a concentração de Ca e Mg na solução do solo, e conseqüentemente enriquecendo em Na essa solução. Esse aumento de Na prejudica a estrutura e a textura do solo em conseqüência da precipitação abundante dos carbonatos de Ca e Mg. Para se predizer o aumento de sódio na solução de solo calcula-se o CSR CSR = (CO3 + HC03) - (Ca++ + Mg++) Se a soma de Ca + Mg é maior do que a de CO3+HCO3 o valor de CSR será negativo, nesse caso não se calcula o resultado anotando-se meramente "negativo". 3.6) Concentração de Elementos Tóxicos 0 boro encontrado nas águas naturais em concentração elevada pode ser tóxico, bem como o sulfato e o cloreto.
    • 4. CLASSIFICAÇÃO. DA ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO Qualquer esquema de classificação deve levar em consideração o efeito da água de irrigação nas plantas e no solo^ desde que no campo, as plantas reagem a água e ao solo e este pode ser afetado pela água. Assim dificilmente um esquema de
    • classificação é adequado para todas as condições, havendo para tanto vários modelos de classificação de água para irrigação desde alguns empíricos até os mais usados hoje em dia. ��.4Classificação da água para irrigação, segundo "U.S. Salinity Laboratory Staff".
    • FIGURA 4 - Diagrama para classificação da água para irrigação, segundo "U.S. Salinity Laboratory Staff". a) Perigo de Salinizaçao As águas são divididas em" quatro classes, segundo sua condutividade elétrica (CE) , ou seja, em função de sua concentração total de sais solúveis: Cl - Água com salinidade baixa (CE_entre 0 e 250 micromhos/ cm, a 250C). Pode ser usada para irrigação da maioria das culturas e na maioria dos solos, com pouca probabilidade de ocasionar salinidade. Alguma lixiviaçao é necessária, mas isso ocorre nas práticas de irrigação,.a exceção dos solos com permeabilidade extremamente baixa C2 Água com salinidade média CE entre 250 e 270 micromhos/cm a 25C) .Pode ser usadas sempre que houver um grau moderado C3 Água com salinidade alta(CE entre 750 e 22501 micromhos/cm a 25C Não pode ser .usada em solos deficiência de drenagem. Mesmo nos solos com drenagem adequadas podem-sé necessitar de práticas especiais para o controle da salinidade .Pode ser usada somente para irrigação de plantas com boa tolerância aos sais. C4----Água com salinidade muito alta (CE entre 2250 e 5000 micromhos/cm, a ;25C). Não é apropriada para irrigações , sob condições normais, mas pode ser usada ocasionalmente,em circunstâncias muito especiais. Os solos deverão ser muito permeáveis e com drenagem adequada, devendo ser aplicado excesso de água nas irrigações para ter boa lixiviaçao. A água somente deve ser usada para culturas que sejam tolerantes aos sais, b) Perigo de Alcalinização ou Sodificação As águas são divididas em quatro classes, segundo sua razão de adsorção de sódio. (SAR) • ou seja,: em função do ... sódio trocável, nas condições físicas do solo: ...S1 Água-,-com baixa concentração de Sódio (SAR .< 18,87 - 4,44 log CE) Pode ser usada para: irrigação, em quase todos os solos;com pequena possibilidade de alcançar níveis perigosos de sódio trocável.
    • S2 – água com concentração média de sódio (18,87-4,44:log CE <SAR<= 31,31 - 6,66 log CE).Só pode ser usada em solos de textura. grossa ou em .solos orgânicos com boa permeabilidade . Ela apresenta um perigo de sodificação considerável, em solos de textura fina,com alta capacidade de troca catiônica, especialmente sob baixa condição de lixiviaçao,amenos que haja gesso no solo. S3 - Água com alta concentração de sódio (31,31 -6,66 log CE < SAR < 43,75 - 8,87 log CE). Pode produzir níveis maléficos de sódio trocável, na maioria dos solos, e requer práticas especiais de manejo do solo, boa drenagem, alta lixiviaçao e adição_de matéria orgânica. Nos solos que têm muito gesso, ela pode não desenvolver níveis maléficos de sódio trocável. Pode requerer- o uso de corretivos químicos para substituir—o sódio trocável, exceto no caso de apresentar salinidade muito alta, quando o uso de corretivos não seria viável. S4 - Água com muito alta concentração de sódio (SAR > 43,75 -8,87 log CE). geralmente imprópria para irrigação exceto quando sua salinidade for baixa ou, em alguns casos, média e a concentração de cálcio do solo ou o uso de gesso ou outros corretivos tornarem o uso desta água viável. Algumas vezes, a água de irrigação pode dissolver suficiente quantidade de cálcio de solos calcários, diminuindo, assim, apreciavelmente; o perigo de sodificação . Isso deve- ser levado em conta, no uso de águas C1-S3 e C1-S4. Para solos calcários com pH alto, ou para solos não calcários, o nível de sodio nas águas das classes C1-S3, C1-S4 e C2-S4 pode ser melhorado com a adição de gesso. Também poderá ser benéfico, quando se usarem águas das classes C2-S3 e C3-S2, adicionando, periodicamente, gesso ao solo. c) Efeito da Concentração de Boro Plantas Plantas .Plantas *- Classes para Sensíveis SemitoleranteTolerante Boro s s (ppm) (ppm) (ppm) 1 - Excelente < 0,33 <0,67 <1,00 2 - Boa 0,33 a 0r67 a 1,33 1,00 a 0,67 2,00 3 - Permissível 0,67 a 1,33 a 2,00 2,00 a 1,00 3,00 4 - Duvidosa 1,00 a 2,00 a 2,50 3,00 a
    • 1,25 3,75 5 - Inadequada > 1,25 > 2,50 •> 3,75 d) Efeito da Concentração de Bicarbonato Nas águas com alta, concentração do íon bicarbonato há a tendência' para precipitação dos íons cálcio e magnésio; sob a forma de. carbonato, com isso, aumentando a proporção relativa de sódio na solução do solo. Eaton propôs a classificação das águas para irrigação em função do. Conceito- " Carbonato de Sódio Residual CSR) : CSR = (CO3-- + HCO3- ) - .(Ca+++ Mg++) Acredita-se que. com bom manejo de irrigação, no que diz respeito a drenagem e a lixiviaçao, e com uso apropriado de corretivos , é possível, usar na irrigação algumas das águas classificadas como "duvidosas". Classe Classe CRS (me/l) CRS (me/l) CRS (me/l) 1 - 1 - Aceitável Aceitável <1,25 ' ' <1,25 ' ' <1,25 ' ' 2 - Duvidosa 2 - Duvidosa 1,25-2,'SO 1,25-2,'SO 1,25-2,'SO 3 - 3 - Inadequada Inadequada ' > 2,50 ' > 2,50 ' > 2,50
    • e) Efeito das Concentrações de Cloreto e Sulfato Concentrações elevadas de íon cloreto não são desejáveis em águas para irrigação sendo proposta a seguinte..classificação:: Classe Cl (me/l) 1 - - Aceitável < 5 2 - Duvidosa 5-10 - 3 - >10 - Inadequada Para as concentrações de íon sulfato foi estabelecido a seguinte classificação: Classe . S04 (me/ l) 1 2 - Aceitável < 10 3 - Duvidosa 10 - 20 - > 20 Inadequada