DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AVISOS DE REGA NA WEB BASEADO NO BALANÇO HÍDRICO DO SOLO.

Teixeira, J.L, - ISA, Dep. Engª Rural, jlteixeira@isa.utl.pt Carreira, D. I. Oliveira M. Fabião Apresenta-se o desenvolvimento do Sistema de Avisos de Rega que foi feito no Centro Operativo de Tecnologia de Regadio no âmbito do sistema SIGIRA.

O modelo RELREG que efectua o balanço hídrico diário e que estava já preparado para a condução da rega por um utilizador colocado isoladamente, foi agora adaptado visando a sua utilização simultânea por um conjunto de utilizadores via WEB. Esta situação conduziu ao seguinte conjunto de alterações: a) normalização do tipo de dados culturais – apenas se aceita a cultura definida por fases do ciclo, com 4 fases, 2 profundidades radiculares (inicial e máxima), três coeficientes culturais (inicial, da fase intermédia e final) e quatro valores da fracção da reserva facilmente utilizável (1 por cada fase do ciclo vegetativo); b) normalização dos dados do solo (nº de camadas de solo, capacidade de campo, coeficiente de emurchecimento e densidade aparente de cada camada; c) normalização dos dados das regas onde se indicam as condições iniciais de humidade do solo, a eficiência de rega, os limites inferior e superior de gestão da rega, o número, a data e o volume de cada uma das regas já realizadas.

Em termos formais todos estes dados são fornecidos ao programa pela interface WEB através de um único ficheiro sequencial em que se guarda uma linha para cada tipo de dados utilizando dentro da linha um caracter separador. Os dados meteorológicos (precipitação e evapotranspiração de referência) são lidos através de um ficheiro construído por uma aplicação que em cada dia vai buscar os dados meteorológicos à base de dados SAGRA, calcula a ETo pelo Método de Penman-Monteith e actualiza o seu valor juntamente com o da precipitação no ficheiro referido. A previsão da próxima rega foi também normalizada dado que não existe um contacto directo entre o programa e o utilizador. Deste modo, de entre as várias opções no modelo original foi seleccionada a opção em que se considera a precipitação nula e a ETo se calcula em função da tendência observada nos últimos 10 dias. Os resultados são apresentados em gráficos elaborados pelo programa e que depois são lidos pela interface WEB e num ficheiro de saída.

O programa foi ainda alterado para permitir a simulação de um máximo de três culturas simultaneamente na mesma parcela

Visando a extensão do sistema a toda a zona de influência do Alqueva foi criada pelo COTR uma base de dados de solos com os parâmetros pedológicos referidos, bem como uma outra com as características das principais culturas da região. A localização da parcela de cada agricultor faz-se através de um Sistema de Informação Geográfica que depois estabelece as várias ligações com o modelo e a interface WEB.

Na utilização do sistema o agricultor apenas terá que identificar a sua parcela, o seu sistema de rega, as culturas que pretende realizar e indicar as regas que vai realizando ao longo da campanha de rega.

O sistema encontra-se em fase de teste no Centro Operativo de Tecnologia do regadio, pretendendo-se nesta fase ouvir as sugestões dos agricultores a fim de o tornar mais operacional e capaz de dar resposta às questões que possam vir a ser postas durante a condução da rega.

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AVISOS DE REGA NA WEB BASEADO NO BALANÇO HÍDRICO DO SOLO.

Teixeira, J.L. 1, Carreira, D.2, Oliveira, I.3 e Fabião, M.4 1 Instituto Superior de Agronomia, 1349-017Lisboa, Portugal, jlteixeira@isa.utl.pt 2 Empresa de Desenvolvimento das Infraestruturas do Alqueva, 7800 Beja, Portugal, dcarreira@edia.pt 3 Centro Operativo de Tecnologia do Regadio (COTR), Quinta da Saúde, 7800 Beja , Portugal, isaurindo.oliveira@cotr.pt 4 COTR. Quinta da Saúde, 7800 Beja, Portugal, marta.fabiao@cotr.pt Resumo Apresenta-se o desenvolvimento do Sistema de Avisos de Rega que foi feito no Centro Operativo de Tecnologia de Regadio no âmbito do sistema SIGIRA. O modelo RELREG que estava já preparado para a condução da rega por um utilizador colocado isoladamente, foi agora adaptado visando a sua utilização simultânea por um conjunto de utilizadores via WEB. Os dados característicos dos solos, das culturas e das regas já realizadas são, nesta nova versão, fornecidos ao programa pela interface WEB através de um único ficheiro sequencial. O programa foi ainda alterado para permitir a simulação de um máximo de três culturas simultaneamente na mesma parcela. Visando a extensão do sistema a toda a zona do Alentejo foi criada pelo COTR uma base de dados de solos com os parâmetros pedológicos referidos, bem como uma outra com as características das principais culturas da região. A localização da parcela de cada agricultor faz-se através de um Sistema de Informação Geográfica que depois estabelece as várias ligações com o modelo e a interface WEB. Na utilização do sistema o agricultor apenas terá que identificar a sua parcela, o seu sistema de rega, as culturas que pretende realizar e indicar as regas que vai realizando ao longo da campanha. Palavras chave: sistema de apoio à decisão, calendarização da rega, SIG. Abstract The objective of the SIGIRA project is to create an integrating system that contributes to a better management of irrigation water at both irrigation project and on-farm levels in the Alentejo region, Southern Portugal, which does not have a tradition in irrigated farming. This paper presents an Irrigation Scheduling Service that is a part of the SIGIRA project. The system has four main components: WWW engine, database, GIS, and computer models, which as a whole provide a decision support system for farmers and managers. All usage of the system is accessed through a common browser and a low-bandwidth connection to the Internet. Farmers can define their own irrigation systems, and enter irrigation data as time goes. The system provides guidance through graphics of soil water content, irrigation management indicators, and irrigation advice. The system makes use of a simulation model that estimates the water content in the soil using a simplified reservoir water balance. Key words: decision support system, irrigation scheduling, GIS.

1. Introdução Apresenta-se o Sistema de Avisos de Rega que foi implementado no Centro Operativo de Tecnologia de Regadio no âmbito do sistema SIGIRA. A aplicação RELREG que efectua o balanço hídrico diário (Teixeira et al., 1995), permite fazer a condução da rega por um utilizador colocado isoladamente. Este programa foi agora adaptado visando a sua utilização simultânea por um conjunto de utilizadores via WEB, sendo agora apresentado na versão RELREG_NET. Para estender o sistema a toda a zona do Alentejo foi criada pelo COTR uma base de dados de solos com os parâmetros pedológicos, bem como uma outra com as características das principais culturas da região. A localização da parcela de cada agricultor faz-se através de um Sistema de Informação Geográfica que depois estabelece as várias ligações com o modelo e a interface WEB. A estrutura informática por detrás do sistema desenvolvido foi concebida para atingir os seguintes objectivos: • Utilização via web, permitindo:

a) a definição pelo utilizador das características de cada unidade de rega, incluindo sistema de rega, cultura, solo, e regas efectuadas;

b) a simulação do balanço hídrico do solo, com apresentação dos resultados em figuras e relatórios, de interpretação simples e imediata;

• Criação de uma base de dados que contenha toda a informação necessária à utilização e gestão do sistema, incluindo a informação referente à simulação da rega introduzida pelo utilizador, informação geo-referenciada, como sejam as parcelas agrícolas, solos, e meteorologia, e informação de referência (parâmetros técnicos geridos pelo COTR) como sejam os valores de Kc, profundidades radiculares de cada cultura, parâmetros do solo, séries de valores de variáveis meteorológicas, etc. As componentes da Plataforma são a Base de Dados, o Sistema de Informação Geográfica, o Servidor WWW e o Modelo de Simulação da Rega. A integração de um modelo de simulação num SIG foi já apresentada em Carreira e Teixeira (1997). 2. Base de Dados A base de dados é a estrutura onde toda a informação necessária ao sistema é armazenada. Desde os proprietários das parcelas agrícolas, às parcelas regadas, características dos sistemas de rega, culturas e solos, dados meteorológicos, e parâmetros de simulação, tudo deve ser incluído numa base de dados que é central a todo o sistema. Serve simultaneamente como uma base de conhecimento técnico-científico mantido por especialistas, e como um repositório para a informação introduzida pelo utilizador enquanto opera os seus sistemas de rega numa base diária. No momento, a base de dados integra diferentes formatos consoante a natureza dos dados: base de dados Access para os dados técnicos e do utilizador, SQL Server para os dados meteorológicos e Geodatabase para a informação geográfica.

Dados técnicos de referência Este grupo de dados consiste na informação técnico-científica, da responsabilidade do COTR, que permite descrever da forma mais precisa possível todos os parâmetros necessários à simulação da rega, para toda a região abrangida pelo sistema. Ou seja, os parâmetros culturais, do solo e das estações meteorológicas, descrevendo toda a região. Esta informação é depois utilizada na fase de simulação, fazendo o sistema a recolha da informação que melhor se adequa à descrição de um determinado sistema de rega-cultura-solo-clima feita por um utilizador. Os dados meteorológicos constituem aqui um sub-conjunto de dados muito particular. A informação meteorológica é recolhida diariamente, via rádio de forma automatizada, a partir de uma rede de estações automáticas, para uma base de dados SQL Server. Os dados em bruto de base horária, são depois consolidados para uma base diária, para serem utilizados pelo simulador de rega. Esta consolidação é executada automaticamente, tendo vindo a ser melhorada com processos de detecção e preenchimento automático de falhas e de valores aberrantes. Dados relativos ao utilizador A base de dados inclui também um inventário sobre cada utilizador. Que parcelas estão registadas em seu nome, qual o código de utilizador e password de acesso ao sistema, e outra informação relevante. Dados georeferenciados de base Este grupo de dados consiste na informação com uma forte componente geográfica, e que é necessária ao funcionamento de todo o sistema. Estão aqui incluídos as estações meteorológicas, os polígonos de Thiessen, o mapa de solos, as parcelas agrícolas, e quaisquer outros dados que careçam de tratamento espacial. Um Sistema de Informação Geográfica foi desenvolvido para facilitar a gestão deste grupo de dados e para fazer as análises espaciais necessárias. Entre outras operações foi necessário determinar: • qual a estação meteorológica que deve ser associada a cada parcela agrícola; • qual o solo mais representativo numa determinada parcela agrícola; • quais as parcelas agrícolas alimentadas por determinada fonte de água. 3. Sistema de Informação Geográfica O Sistema de Informação Geográfica é responsável pela integração da informação que tem uma forte componente geográfica, com diferentes proveniências, numa estrutura pré-definida. É também responsável pelo cruzamento das variáveis espaciais, de forma a atribuir a cada parcela agrícola as características que melhor a definem. Assim, para cada nova parcela introduzida no sistema são determinados os elementos espaciais anteriormente referidos.

4. Servidor WWW Toda a interacção do utilizador com o sistema é feita através de uma interface web. Deste modo, é necessário que esta interface seja capaz de comunicar com o utilizador de forma gráfica, mas também de ler e escrever na base de dados, de enviar pedidos ao simulador de rega, obter os resultados e apresentá-los, sempre mantendo tempos de resposta aceitáveis. Esta componente foi desenvolvida em Active Server Pages (ASP), sendo servida com o Internet Information Server (IIS). Está dividida em 3 módulos: a) Gestor de acessos, que controla o acesso ao sistema, e determina que informação deve ser disponibilizada a cada utilizador. Por exemplo, o utilizador só tem acesso às suas próprias parcelas; b) Apresentação e edição de dados, que gere a interacção do utilizador relativa às características das unidades de rega do utilizador, como sejam, quais as culturas regadas, áreas regadas, datas de rega, etc.; c) Simulador, que recolhe a informação da unidade de rega seleccionada pelo utilizador, e estabelece a comunicação com o modelo de simulação da rega. No final, apresenta os resultados de forma intuitiva ao utilizador, sob a forma de gráficos e relatórios. A recolha dos dados junto da base de dados, é realizada via OLEDB, produzindo-se um ficheiro com todos os dados necessários à simulação. Este ficheiro tem uma identificação única que é herdada pelos resultados da simulação, permitindo assim manter-se a consistência entre a simulação solicitada pelo utilizador e os resultados apresentados pelo sistema. A comunicação com o simulador de rega, é efectuada usando o Windows Scripting Host, uma vez que o simulador de rega é um programa de consola, compilado com Visual Fortran. Uma vez que o simulador de rega produz imagens em formato BMP, foi necessário transformar estas imagens no formato PNG, mais apropriado à utilização via web. Foi utilizado o programa de fonte aberta, ImageMagick, que contém um objecto COM. 5. Modelo de simulação O elemento final do sistema é o modelo de simulação que permite realizar o balanço hídrico do solo. O modelo RELREG_NET é uma adaptação do modelo RELREG (Teixeira et al., 1995) para utilização na Internet, incluindo já a metodologia para o cálculo da evapotranspiração cultural (Allen et al, 1998). Descrição do modelo RELREG O modelo é baseado numa aproximação simplificada do balanço hídrico do solo, considerando este um reservatório que recebe água através da precipitação, da rega ou da ascensão capilar e que perde água através da evapotranspiração das culturas, do escoamento superficial ou da drenagem profunda, como se pode observar na Figura 2. A capacidade máxima é a sua Reserva Utilizável, RU (mm), calculada quando a humidade

à capacidade de campo (CC) e ao coeficiente de emurchecimento (CE) são expressos pela sua % em volume, através da expressão:

zCECCRU ××−= 10)( em que z (m) é a profundidade do sistema radicular. Como apenas uma parte desta água é utilizada em situação de conforto hídrico das culturas, estabelece-se uma Reserva Facilmente Utilizável (RFU) calculada como um fracção da RU. Esta fracção denomina-se fracção facilmente utilizável, p. pRURFU ×= Pode então definir-se o limite da reserva facilmente utilizável (Lrfu) como o valor mínimo da água útil no solo, R, abaixo do qual a planta entra em situação de carência hídrica, e calcula-se pela expressão: )1( pRURFURULrfu −×=−=

Figura 1 – Esquema genérico do reservatório solo e das variáveis do balanço hídrico simplificado

Ficam assim delimitadas uma zona de saturação, em que a água não é imediatamente utilizável, acima da capacidade de campo, uma zona de conforto hídrico entre a capacidade de campo e o Lrfu, onde se considera que a cultura se desenvolve em condições óptimas, uma zona de carência hídrica entre este limite e o coeficiente de emurchecimento, em que se reduz a evapotranspiração cultural de acordo com a diminuição do teor de água no solo, e uma zona de água não utilizável abaixo deste valor. Ainda na Figura 1 é possível observar estas quatro zonas, e os seus limites. A variável R (reserva útil do solo) representa o valor da água armazenada no solo a uma tensão superior à do coeficiente de emurchecimento permanente. Por questões relacionadas com o equipamento de rega e/ou com as disponibilidades hídricas, o agricultor poderá fixar limiares para controlo da rega, definidos pelo nível superior de gestão da rega (nsg) e nível inferior de gestão da rega (nig). Na Figura 2 apresenta-se o esquema geral do modelo RELREG, onde se podem observar os seus diferentes inputs (meteorológicos, característicos do solo e da cultura e os dados referentes à rega) e a forma como o programa executa o processamento do balanço hídrico do solo. Como principal output salienta-se o aviso de rega. O aviso de rega é feito em função da comparação do teor de humidade do solo num determinado dia com os valores máximo (nsg) e mínimo (nig) indicados pelo utilizador como

aceitáveis para a sua variação. Estes valores são introduzidos na 1ª execução do programa quando da configuração da parcela, juntamente com a eficiência de rega e as condições iniciais de humidade do solo.

Figura 2 – Esquema geral do programa RELREG Principais alterações efectuadas para a versão RELREG_NET Na versão RELREG_NET a configuração da parcela (feita na primeira execução do programa na versão normal) é feita automaticamente. Os dados agronómicos e os dados das culturas a utilizar em cada parcela são seleccionados das respectivas bases de dados pelo Sistema de Informação Geográfica. Os dados meteorológicos são seleccionados da base de dados meteorológica, de acordo com a estação meteorológica associada à parcela. Os valores iniciais da humidade do solo são atribuídos e a eficiência de rega, bem como os níveis superior e inferior de gestão, são estabelecidos em função do equipamento de rega e do tipo de solo. O modelo recebe toda a informação necessária para o seu funcionamento através de um ficheiro de dados cujo nome é passado na linha de comando que executa o programa RELREG_NET. Os quatro ficheiros de dados referidos na Figura 2, que obrigatoriamente tinham que existir para aplicar o programa RELREG (culturas, solos, meteorológico e regas) foram agora substituídos por um único ficheiro em que a informação foi normalizada e que serve de ponte de comunicação entre o modelo e o SIG. Esta situação conduziu ao seguinte conjunto de alterações:

Dados meteorológicos

Dados da rega Dados agronómicos

Precipitação e evapotranspiração de referência desde o início da cultura até ao dia actual (tda)

- Condições iniciais da água no solo - Eficiência de rega - Níveis superior e inferior de gestão

Culturas: -fases do ciclo vegetativo -fracção facilmente utilizável - profundidade radicular - coeficientes culturais Solos: - nº de camadas de solo - capacidade de campo - coef de emurchecimento

Balanço hídrico do solo no dia tda

Aviso de rega para o dia actual e previsão para os próximos 5 dias

Regas realiza-das até ao dia actual (tda)

Configuração da parcela (realiza-se na 1ª execução do programa)

Dados da rega

Dados actualizados até ao dia actual (realiza-se em cada execução do programa)

Novo dia actual (tda) para execução do programa

FIM

a) Normalização do tipo de dados culturais – apenas se aceita a cultura definida por fases do ciclo, com 4 fases, 2 profundidades radiculares (inicial e máxima), três coeficientes culturais (inicial, da fase intermédia e final) e quatro valores da fracção facilmente utilizável (1 por cada fase do ciclo vegetativo);

b) Normalização dos dados do solo (nº de camadas de solo, capacidade de campo, coeficiente de emurchecimento e densidade aparente de cada camada;

c) Normalização dos dados das regas onde se indicam as condições iniciais de humidade do solo, a eficiência de rega, os limites inferior e superior de gestão da rega, o número, a data e o volume de cada uma das regas já realizadas.

d) Os dados meteorológicos (precipitação e evapotranspiração de referência) são lidos através de um ficheiro construído por uma aplicação que, em cada dia, vai buscar os dados meteorológicos à base de dados SAGRA, calcula a ETo pelo Método de Penman-Monteith e actualiza o seu valor juntamente com o da precipitação no ficheiro referido.

e) A previsão é sempre feita automaticamente e corresponde a uma previsão de cinco dias em que se considera a precipitação nula e a tendência da ETo observada nos últimos 7 dias, o que corresponde à utilização de apenas uma opção das três do modelo RELREG. 6. Exemplo de aplicação do Sistema de Avisos de Rega Introdução dos dados pelo utilizador O utilizador começa por se identificar perante o sistema mediante a introdução do seu identificador e da respectiva password. São então mostrados todos os sistemas de rega que já tinham sido inscritos, até à data. No exemplo da Figura 3 já tinham sido inscritos pelo utilizador vários sistemas de rega, o primeiro com o nome “teste”, com apenas uma cultura que utiliza rega por aspersão, e o último com o nome “Canhão da Várzea” rega 102 hectares de beterraba de Outono com um enrolador (canhão).

Figura 3 – Exemplo da 1ª página mostrada pelo sistema, com os sistemas de rega já inscritos.

Na Figura 4 apresenta-se a página que é mostrada quando se pretende inscrever um novo sistema, ou quando se deseja ver os detalhes do sistema já existente. Neste caso a página aparece completamente preenchida com os dados do sistema. Para criar um novo sistema o utilizador deve então escolher o tipo de rega e a cultura de entre os que lhe são apresentados dentro do respectivo campo, acrescentando a área respectiva e a data de sementeira. É ainda necessário seleccionar o código da parcela, de entre aquelas que o sistema identificou como registadas em nome do utilizador. O tipo de solo é seleccionado automaticamente, como o mais representativo das parcelas escolhidas, e as suas características são mostradas no final da página.

Figura 4 - Página para inscrição de um novo sistema, ou para ver detalhes de um sistema antigo Apresentação dos resultados Os resultados (aviso de rega) são apresentados em gráficos elaborados pelo programa e que depois são lidos pela interface WEB e num ficheiro de saída. Na Figura 5 mostra-se um exemplo do output apresentado pelo sistema depois de ter sido escolhida a opção simulação da rega. No gráfico do aviso de rega a cor amarela refere-se a uma situação em que a água está abaixo do nig e acima do Lrfu. A cor vermelha indica a necessidade absoluta de rega e o azul refere-se a uma situação de conforto hídrico. É ainda apresentado um gráfico que mostra a evolução da reserva útil, R, durante a campanha. 7. Agradecimentos

Figura 5 - Output do Sistema de Avisos de Rega 8. Referências Allen,R.; Pereira L.S.; Raes,D.; Smith, M., 1998, Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. FAO irrigation and drainage paper nº 56. FAO, Rome.

Carreira, D.N.; Teixeira, J.L. , 1997, Integrating an irrigation model and GIS. International Conference on Water Management, Salinity, and Pollution Control Towards Sustainable Irrigation in the Mediterranean Region. Bari.

Teixeira J.L.; Fernando R.M.; Pereira L.S., 1995, RELREG: a model for real time irrigation scheduling. In: Pereira LS, van den Broek BJ, Kabat P and Allen RG (eds.) Crop-Water-Simulation Models in Practice. Wageningen Pers, Wageningen: 3-15.

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1º CONGRESSO NACIONAL DE REGA E DRENAGEMBeja, 5, 6 e 7 de Dezembro de 2005

FORMULÁRIO DE INSCRIÇÃO

* A aceitação definitiva dos trabalhos, para efeitos da sua publicação no livro das Actas, estará sujeita à inscrição formal de algum dos seus autores até à data de 30/09/2005

Instituto Superior de Agronomia

Título do artigo

jlteixeira@isa.utl.pt

A partir de 1/10/2005 (**)

250 €160 €

Até 30/9/2005

A inscrição inclui: documentação, café, recepção, três almoços, jantar de encerramento e visita técnica com respectivo transporte em autocarro.

(*) Apenas são considerados os estudantes até ao nível do grau de licenciatura (com apresentação de comprovativo).

(**) A organização não garante a entrega da documentação impressa para as inscrições após de dia 1/11/2005.

200 €110 €

Enviar este formulário, devidamente preenchido, à Secretaria do Congresso, por correio ordinário (Quinta da Saúde, Apartado 354, 7801-904 Beja), ou electrónico (info@cotr.pt) ou por fax, com maiúsculas ou à máquina, para o número 284321583

José Luis Monteiro Teixeira

Lisboa

Tapada da Ajuda

213653479

NVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AVISOS DE REGA NA WEB BASEADO NO BALANÇO HÍDRICO DO

30-Sep-05

José Luis Teixeira