Centro de Desenvolvimento Agroecológico do Cerrado

Dossiê de Tecnologias de Recursos Hídricos para o

Semi-Árido

A colheita da água é uma prática imemorial podendo ser encontrada como tecnologias independentes florescidas em diversos povos ao redor do globo.

O presente Dossiê tem por objetivo exemplificar algumas destas tecnologias visando principalmente a sustentabilidade agrícola em regiões suscetíveis à desertificação.

BARRAGEM SUBTERRÂNEA

Critérios para Seleção de área

Quando se planeja a construção de uma barragem subterrânea é necessário ter em mente que

o próprio perfil de solo é um grande reservatório produzido pela natureza e que, à medida em

que este reservatório reduz sua capacidade em determinado local tendo como causa a erosão

hídrica, outro perfil, em outro local, será ampliado em função da deposição dos sedimentos

detríticos carreados por este mesmo processo erosivo. Esses perfis assim desenvolvidos, são

denominados aluviais

A composição dos depósitos aluviais é muito irregular, indo de seixos e areia grossa até siltes e

argilas, a depender da textura do material existente nas áreas com altitudes mais elevadas. Da

mesma forma se comporta a espessura do perfil de solo formado, indo de alguns centímetros

a alguns metros. Para se ter bom aproveitamento da barragem subterrânea, é necessário que

se busquem espessuras de perfis com pelo menos 1,0 m de profundidade.

A qualidade da água é outro critério a ser levado em consideração. É conveniente que tenha

baixa salinidade, pois a concepção da barragem subterrânea pode levar a uma provável

salinização mas, que para isto seja possível, tomam-se precauções eficientes. A avaliação da

qualidade da água pode ser feita com condutivímetros portáteis, a partir de cacimbas

existentes; caso não existam cacimbas na área, a informação de moradores do local é valiosa,

o aspecto do terreno e a vegetação também podem ser indicativos da existência de problemas

de salinidade no terreno.

Outro critério que também deve ser observado, é a declividade do eixo da linha de drenagem

ou do riacho para onde o fluxo superficial irá fluir. A declividade deverá ser a menor possível

para que a água armazenada possa se estender por uma distância maior, sendo indicado no

máximo 4% de declividade.

Após a definição do local, é necessário abrir algumas trincheiras (buracos de postes) até a

camada impermeável do solo ao longo da linha, onde será construída a parede. Essa etapa

serve para conhecer a profundidade do solo, pois a profundidade geralmente não é uniforme e

permite, também, localizar as ombreiras (solos mais rasos), pois esta é de grande importância

para evitar que a água se perca pela lateral como na figura seguinte.

O comprimento da barragem subterrânea depende da largura da área. O ideal é uma largura

variando de 60 m a 100 m, pois, muito estreita, pode resultar em uma pequena área para o

plantio a não ser que a finalidade da barragem seja apenas para abastecer o poço. Esse

processo permite se ter ideia de custo da implantação da barragem subterrânea e

programação da construção de acordo com o tipo de mão de obra, se manual ou mecanizada.

Na seleção do local é necessário fazer um levantamento topográfico da área e definir os locais

de plantio (área de captação), parede e sangradouro.

Finalmente, é importante que, ao final das avaliações para a locação da barragem subterrânea,

seja feita uma estimativa do seu potencial para armazenamento de água. O principal dado

para esta avaliação é o conhecimento da extensão, da largura e da espessura do aluvião do

local selecionado, sendo possível obter volumes entre 1000 e 9000 m³ por hectare.

Estimativa e manejo do volume de água disponível em barragens Subterrâneas

Antes de estimar o potencial de captação e de armazenamento de água de chuva por meio

desta tecnologia, é conveniente uma ligeira descrição da mesma. O fundamento básico desta

tecnologia de captação de água de chuva é atuar no componente do ciclo hidrológico perdas

de água por escoamento superficial, eliminando-o ou o reduzindo e forçando a permanência

da água na propriedade rural, por mais tempo.

Revisando Silva et al. (1998), Brito et. al (1999), Silva et. al (2001), Silva et. al (2007) e

Gnadlinger (2011), pode-se definir barragem subterrânea (BS) como sendo uma estrutura

hidráulica formada por uma parede impermeável, também conhecida como septo

impermeável e que tem, como objetivo, barrar o fluxo subterrâneo de um aquífero pré-

existente ou criado concomitantemente com a construção da parede, elevando-se o lençol

freático, conforme a figura abaixo. Assim, os seguintes fatores devem ser observados antes da

construção de uma BS: precipitação pluvial média da região; vazões dos rios/riachos ou linhas

de drenagem; qualidade da água, especialmente quanto à salinidade; capacidade de

armazenamento do aquífero e profundidade da camada impermeável, afirmaram Brito et. al

(1999), ao tratar dos aspectos construtivos de uma BS. Gnadlinger (2011) sugere a observação

do relevo de acordo com a figura abaixo.

Fonte: Silva et al. (2007)

Desenho esquemático do funcionamento de uma barragem subterrânea, com seus componentes

No que tange à estimativa do potencial de captação e de armazenamento de água de chuva

por uma BS, além desses fatores se somam outros, tais como: textura do solo; porosidade do

solo e sua distribuição; umidades correspondentes à capacidade de campo e ao ponto de

murcha; perfil de distribuição das chuvas (além da precipitação média anual); delimitação da

bacia hidrográfica (BH) da BS, ou seja, definir seus contornos a partir dos divisores de água

(topográficos e/ou freáticos); taxa de infiltração e condutividade hidráulica do solo;

topografia etc., que também devem ser observados e considerados.

A delimitação da bacia hidrográfica (BH) que contribuirá com captação de água para a BS,

possibilitará determinar o tamanho desta bacia (BH), ou seja, o tamanho da seção de captação

de água de chuva. Vê-se, portanto, que não é tarefa fácil definir tal potencial. É importante

frisar que na BS o próprio solo consiste no reservatório de água de chuva.

Assim sendo, pode-se estimar a quantidade máxima de água de chuva que uma BS poderá

captar (Vcap), com vistas à irrigação nas épocas de estiagem, por meio da Eq. 4.2.

Vcap P Ac10

em que:

Vcap - volume máximo de água de chuva possível de ser captado na BH da

barragem subterrânea em m³

P - precipitação pluvial anual, mm

Ac - área da seção de captação de água de chuva (tamanho da BH), há

Exemplo 1:

Seja uma propriedade rural situada em um município do semiárido brasileiro cuja precipitação pluvial (P) anual é de 600 mm (média desta região, segundo Marengo et al., 2011 e Silva et al., 2007) e que dispõe de uma área de captação de água de chuva (Ac) de 10 ha. Neste caso, aplicando-se a Eq. 4.2, conclui-se que o volume máximo de água de chuva possível de ser captado (Vcap) é de 60.000 m³

.

A quantidade máxima de água de chuva que uma BS é capaz de armazenar (Varm) pode ser calculada por meio da de Varm, admitindo-se que com a depleção do conteúdo de água do solo decorrente da evapotranspiração das culturas, a ascensão capilar viabilize a subida da água armazenada nas camadas inferiores do solo para a camada correspondente à profundidade efetiva radicular e, consequentemente, tornando-a disponível às culturas.

Varm Aarm Pci 100

em que:

Varm - volume máximo de água de chuva possível de ser armazenado na área de armazenamento e cultivo, em m³

Aarm - área da seção de armazenamento de água de chuva, em ha

Pci - profundidade da camada impermeável, em m

α - porosidade média do solo da área da BS, em % (volume)

Exemplo 2:

Seja uma BS cuja área da bacia de armazenamento de água de chuva (Aarm) é igual a 0,5 ha, a profundidade da camada impermeável igual a 3,0 m (o valor máximo recomendado Brito et. al (1999) e Silva et. al (2001) é de 4,0 m) e a porosidade média do solo igual a 32,0% (volume) obtém-se, aplicando-se a Eq. 4.3, que o volume máximo de água de chuva possível de ser armazenado (Varm) nesta BS é de 4.800 m³

.

Para estimar o volume de água de chuva possível de ser absorvido e evapotranspirado pelas culturas, torna-se necessário calcular o valor da parcela da água de chuva captada, que representará a água higroscópica:

em que:

VAH- volume de água de chuva que representará a água higroscópica, m³

Vcap - volume máximo de água de chuva possível de ser captado na BH da

barragem subterrânea, m³

Varm - volume máximo de água de chuva possível de ser armazenado na área de

armazenamento e cultivo, m³

PM - umidade correspondente ao ponto de murcha, % (volume)

α - porosidade média do solo da área da BS, % (volume)

Exemplo 3:

Considerando-se os resultados dos exemplos 1 e 2 e admitindo que a

umidade correspondente ao ponto de murcha é igual a 10,0% (volume), obter-se-á,

aplicando-se a Eq. 4.4b (Vcap > Varm), que o valor da parcela da água de chuva

captada que representará a água higroscópica nesta BS, será de 1.500 m³

.

O volume de água possível de ser absorvido e evapotranspirado pelas culturas é

assim calculado (Eqs. 4.5a e 4.5b):

Vabs Vcap VAH caso Vcap Varm

Vabs Varm VAH caso Vcap > Varm

donde:

Vabs - volume de água possível de ser absorvido e evapotranspirado pelas culturas, m³

Varm - volume máximo de água de chuva possível de ser armazenado na área de

armazenamento e cultivo, m³

VAH- volume de água de chuva que representará a água higroscópica, m³

Exemplo 4:

Admitindo-se que toda a área de armazenamento de água de chuva será cultivada (0,5 ha), que a umidade correspondente ao ponto de murcha seja igual a 10,0% (volume) e que a evapotranspiração da cultura (ETc) seja, em média, no período de estiagem, igual a 5,0 mm dia -1 (50 m³/há/dia= 25 m³ na área de cultivo), tem se que o volume de água possível de ser absorvido e evapotranspirado pelas culturas (Vabs), igual a 3.300 m³, seria suficiente para atender às necessidades hídricas da cultura, por um período de 132 dias (4,4 meses).

Barreiro TrincheiraA ideia do Barreiro Trincheiro é antiga. São os “caxios”, reservatórios escavados no subsolo,

com paredes verticais estreitos e profundos. A intuição e experiência davam razão à

população: quanto maior a profundidade e menor a superfície do reservatório, mais tempo

durará a água captada da chuva.

A Barreiro Trincheira retoma estes princípios do reservatório estreito e profundo. Para

aumentar o volume armazenado, não se aumenta a largura, mas o comprimento. A dimensão

típica dos Barreiros Trincheiras construídas pelas ONGs da Bahia, através de financiamento

governamental, é de 5 metros de largura, 4 metros de profundidade e 30 metros de

comprimento. Evidentemente seria mais indicado aumentar o volumem do reservatório

investindo em maior profundidade e menos comprimento. Mas aí a formação geológica põe o

limite, pois muitas vezes, após os cinco metros de escavação passamos a encontrar a rocha

mãe dura, impenetrável, mesmo para uma escavadeira hidráulica.

Assim a escavação não deverá somente ocorrer nas camadas de solo, mas sim avançar até

encontrar, a piçarra. Piçarra é o produto da transformação da rocha mãe em solo. Possui uma

consistência quebradiça, é úmida e impermeável. Nesta camada não perde água por

infiltração.

AONDE PODE SER FEITO

O barreiro trincheira deve ser construído em solos sustentados por rochas cristalinas, como

gnaisses, granitos, micas, etc. E solos que tem como rocha matriz arenitos ou rochas calcárias o

barreiro trincheira não deve ser feito pela quantidade de água perdida por infiltração neste

tipo de solo, salvo caso seja feito o uso de lonas plásticas. Para estes tipos de rochas a melhor

opção são os poços dado a quantidade de água nos lençóis freáticos.

MÁQUINÁRIO A SER UTILIZADO

O ideal para este tipo de trabalho é Escavadeira Hidráulica sobre esteira com potência

de 146 a 169 hp capacidade de retirada de 2m³. Dado a sua eficiência e força é possível retirar

a piçarra e alguns encrustamentos de rocha mãe. Se comparado com a retroescavadeira a

Escavadeira Hidráulica faz o mesmo serviço com apenas 30% do tempo gasto pela

retroescavadeira. Na falta deste equipamento o uso do trator de esteira também é indicado,

com a desvantagem de ter que se trabalhar com duas rampas.

ESCOLHA DO LOCAL PARA O BARREIRO

O barreiro não deve ficar na direção de uma enxurrada natural ou dentro de um pequeno

afluente de algum riacho por risco de entulhamento do barreiro pelos sedimentos das águas e

risco de destruição dado a velocidade das águas. Também não deve ficar em terreno de declive

forte por risco de aterramento.

Recomenda-se que seja feito em um local próximo a área de produção da família, além de que

seja próximo de um local com passagem de água para o seu abastecimento.

SONDAGEM DO LOCAL

A escolha do local onde será construído o barreiro trincheira deve ser realizada de forma

cuidadosa. É importante partir da observação do que as famílias fazem da região,

principalmente os que escavaram poços e cacimbas para obter informações sobre as camadas

de solo, sua profundidade e o comportamento dos vazamentos e sua impermeabilidade. Além

disso, é importante destacar que antes de iniciar a escavação é necessário realizar a sondagem

do local. Para isso, é necessário escavar no mínimo três buracos, em linha reta, ao longo da

possível vala, para se saber a profundidade do solo, a localização do cristalino/impermeável,

através de valas com a profundidade pretendida do barreiro trincheira. Caso a sondagem não

encontre camadas de areia e ao chegar a 4 ou 5 metros de profundidade, encontre a camada

impermeável ou a rocha, o local pode ser considerado adequado para a escavação do barreiro

trincheira, caso contrário deve se optar por outro local ou pelo uso de lonas plásticas.

FORMATO DE ESCAVAÇÃO

Demarcar piquetes bem visíveis indicando o formato da escavação, o contorno pode ser

marcado com cal, areia ou mesmo enxada.

Na parte superficial do solo a parede deve ser chanfrada para evitar deslizamento, sendo

indicado um ângulo de 30 a 45 graus, de acordo com a porcentagem de areia do solo. Na

porção rochosa a parede deve ser o mais vertical possível.

OS PASSOS DA ESCAVAÇÃO

Primeiro passo: a escavadeira hidráulica escava, anda de ré e deposita o material retirado nos

lados da valeta que se forma.

Segundo passo: a máquina entra na valeta formada, esta vez escavando para frente, até

alcançar a profundidade de quatro metros.

Terceiro passo: a máquina sobe no material depositado aos dois ladas do barreiro trincheira, o

o afasta para mais longe, para não cair de volta ou ser levado pelas chuva para dentro da

escavação. Obs.: esta operação, só é possível executar com rapidez e segurança com máquinas

equipadas de esteiras. Amontoar o material retirado longitudinalmente ao barreiro possui

ainda outra finalidade: diminui a velocidade do vento por cima da superfície da água, e, em

consequência, as percas por evaporação.

Uma sugestão muitas vezes ouvidas, na mesma intenção, de plantar árvores em torno do

barreiro, porém, não procede. Especialmente as espécies de enraizamento profundo, como

aroeira, angico, pau ferro, algaroba, em pouco tempo alcançariam a água próxima e seriam

concorrentes no uso da água para os humanos. As raízes destas árvores podem alcançar 60

metros, ou mais, de comprimento, para buscar a água.

FINALIZAÇÃO

Após concluída a escavação do barreiro, é importante que a área seja cercada, para evitar que

pessoas ou animais sofram acidentes graves. Depois da escavação terminada resta no fundo

do barreiro uma camada de 10 a 15 cm de material solto que a máquina não consegue retirar.

Se a camada for de 20 cm de altura, por exemplo, significa que o barreiro teria 4.000 litros a

menos de capacidade de armazenamento. É preciso também observar a área de captação do

barreiro. Nem sempre é possível escolher o local ideal, num declive leve, onde a água se

concentra naturalmente em direção ao barreiro. Nesse sentido, talvez seja necessário escavar

valetas rasas, de pouco declive, em forma de “V” que convergem em direção à boca do

barreiro. As valetas não precisam ter mais de 20 cm de profundidade e o declive não mais de

um centímetro em cada dois metros. O comprimento das valetas, a cada lado do barreiro

pode ter 100 metros. Se o solo for arenoso, é melhor aumentar o comprimento. É difícil

estabelecer uma regra, pois cada caso é um caso diferente. Pode ser também que depois da

primeira chuva seja necessário encurtar a valeta de captação, ou deixa-la menos inclinada,

para reduzir a velocidade da água, que carreia entulho para o barreiro. É importante destacar

que, todos os anos, é preciso limpar essas valetas para facilitar o escoamento e a entrada da

água no barreiro.

Dimensionamento da Área de Captação para Cisternas

Para analisar a viabilidade de captação de água de chuva dados pluviométricos de séries históricas devem ser observados e armazenados em bases georreferenciadas, assim como o coeficiente de escoamento superficial da área de captação.No semiárido brasileiro as áreas de captação dos reservatórios deverão ser dimensionadas em função da variabilidade do total de precipitação média que ocorre em cada microrregião.

A padronização de um mesmo tamanho de área de captação para todo o semiárido, poderá incorrer em erros e alguns reservatórios poderão não atingir o volume total dimensionado.

Os cálculos para o tamanho em m² da área de captação são dados pela seguinte fórmula:

Em que:

Aspectos a serem observados na construção de uma Barragem Subterrânea:Precipitação pluvial média da região; vazões dos rios/riachos ou linhas de drenagem; qualidade da água, especialmente quanto à salinidade; capacidade de armazenamento do aquífero e profundidade da camada impermeável.

Barreiro Trincheira