Mestrado investiga manejo racional de recursos hídricos na agricultura

Quantificar e monitorar com exatidão os fluxos de energia e água dos solos em grandes áreas, a fim de melhorar o gerenciamento de recursos hídricos na agricultura, é um desafio que ultrapassa a abordagem tradicional baseada em medições pontuais dos parâmetros hidrológicos e agroambientais. Para prover os responsáveis pelas tomadas de decisões e outros profissionais com informações mais precisas, uma pesquisa associou imagens de satélites e dados climáticos, em análises espaciais e temporais em diferentes usos da terra, a fim de modelar a evolução dos níveis freáticos de 39 poços situados em uma área de cerrado na Estação Ecológica da cidade de Águas de Santa Bárbara (SP).

O estudo foi feito pelo engenheiro ambiental César de Oliveira Ferreira Silva em sua dissertação de mestrado defendida em setembro na Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp). 

Por meio da associação de dados de sensoriamento remoto com ferramentas de geoprocessamento, o levantamento considerou dados coletados entre os anos de 2014 e 2018, quando houve um período do El Niño que alterou o regime de chuvas e gerou impactos na vegetação.

A orientação da dissertação ficou a cargo do professor Rodrigo Lilla Manzione, da Unesp, e a coorientação foi feita pelo pesquisador José Luiz Albuquerque Filho, do Laboratório de Recursos Hídricos e Avaliação Geoambiental do IPT, dentro do Programa Novos Talentos da instituição. “Percebi desde a graduação que teria de inserir meus estudos de sustentabilidade no contexto do agronegócio porque é a área de maior interface e que apresenta mais abertura a esta questão no momento”, afirma Silva.

O gerenciamento dos recursos hídricos subterrâneos, explica ele, é estratégico nas políticas públicas de segurança hídrica no Brasil: “Para a utilização racional da água subterrânea no abastecimento rural, é preciso considerar as oscilações sazonais de recarga e o comportamento natural dos aquíferos, além da sua inserção dentro de um plano territorial em que a expansão agrária respeite as características ambientais da região quando forem solicitadas as outorgas de direito de uso de água”.

A crescente pressão sobre os recursos hídricos exige cada vez mais o conhecimento de onde, quando e como a água é ou será usada. Para isso, é fundamental entender o comportamento de parâmetros como a demanda evapotranspirométrica – a evapotranspiração pode ser descrita como a soma da evaporação da água pela superfície do solo mais a transpiração dos vegetais, passando para a atmosfera no estado de vapor.

Tecnologias combinadas

O sensoriamento remoto, associado aos dados agrometeorológicos, é um instrumento de administração de recursos hídricos em larga escala que fornece informações essenciais ao gerenciamento racional da água. É uma ferramenta que permite acompanhar tanto os impactos das mudanças climáticas quanto aqueles causados pelas atividades da agropecuária intensiva sobre as condições ambientais e do consumo hídrico incremental das culturas.

Para monitorar o consumo de água pela vegetação e calcular seu impacto nos aquíferos, o engenheiro ambiental estudou uma série de modelos matemáticos a fim de quantificar os parâmetros necessários ao cálculo do balanço hídrico, que é a diferença entre o volume de água de entrada e saída de uma bacia. “Quando chove, uma parcela do volume de água irá escoar, outra irá evaporar e uma terceira irá penetrar nos solos, os quais têm diversas características: alguns permitem uma maior infiltração enquanto outros têm coberturas que propiciam o maior escoamento”, diz ele.

Uma encosta vegetada, por exemplo, permite pouco escoamento e mais infiltração, o que resulta em uma resposta menos dramática no caso das chuvas; por outro lado, em uma encosta sem vegetação, uma tempestade pode provocar até um deslizamento.

A evapotranspiração, que faz parte de um universo de pesquisa ainda pouco explorado no Brasil e difícil de ser calculado (até mesmo com a instalação de sensores no solo), constitui-se em uma das principais variáveis do ciclo hidrológico, sendo fundamental para o cálculo do balanço hídrico. “É por isso que falo de recarga em meu trabalho e o parâmetro inserido é a modelagem do nível freático – sabendo o quanto ele recarregou, eu posso então concluir se houve uma subida ou descida do seu nível”, completa ele.

O modelo SAFER (Simple Algorithm for Evapotranspiration Retrieving, ou Algoritmo Simples para Obtenção da Evapotranspiração) foi empregado por Silva para obter os valores de evapotranspiração por meio de uma implantação construída em ambiente computacional colaborativo R. O escoamento superficial foi modelado recorrendo ao Método Racional, enquanto a recarga de aquífero foi simulada pela relação dos parâmetros elaborados anteriormente dentro do balanço hídrico. Os níveis freáticos foram modelados em escala diária por meio de uma adaptação do método Water Table Flutuation (WTF), que utiliza flutuações de níveis de água subterrânea ao longo do tempo para estimar a recarga em aquíferos livres, ou seja, não confinados.

“Por ser um parâmetro complexo, tive a ideia de construir um código aberto para outros pesquisadores terem um script pronto para aplicação e colaborarem com novos recursos na etapa da modelagem da evapotranspiração”, afirma Silva. “Dentro do ambiente R, foi possível, a partir de comandos simples, ‘esconder’ mais de cem linhas em uma única, que são os cálculos necessários para inserir os arquivos das imagens de satélites e rodar os comandos, a fim de obter os mapas a partir das diversas variáveis. O script que precisava de 40 minutos para rodar agora leva em torno de 30 segundos”. O pacote desenvolvido, chamado agriwater, foi aprovado e publicado no repositório oficial do R.

O modelo foi aplicado em imagens dos sensores Sentinel-2 (lançado pela Agência Espacial Europeia, que provê uma resolução de 10 metros) e Modis (da Nasa), geradas entre 2014 e 2018, para calcular o potencial de recarga do aquífero e modelar a variação da profundidade do lençol freático no interior das bacias estudadas. A modelagem foi validada com os dados medidos nos 39 poços e indicou a viabilidade de uso das imagens de satélites para monitorar os impactos nos aquíferos.

Os resultados indicaram que a incerteza do modelo é suficientemente compreendida para a tomada de decisões em políticas públicas. As conclusões poderão subsidiar o manejo racional dos recursos hídricos nas áreas de desenvolvimento agrícola em cenários de mudanças climáticas e de uso da terra, a fim de garantir o melhor aproveitamento das águas das chuvas e minimizar deficiências e desperdícios da água de irrigação.

Essas informações, completa Silva, são indispensáveis ao manejo da água, principalmente em locais dependentes economicamente da produção agrícola irrigada: “A utilização de técnicas de sensoriamento remoto orbital para a condução de mapeamentos em hidrologia torna possível um diagnóstico espacial de maneira rápida e barata, e fornece ferramentas para o planejamento integrado entre recursos ambientais, agrícolas e sociais em diversas escalas”.

Três artigos científicos já foram publicados como resultado da pesquisa: o primeiro deles na Revista Horticulturae, da editora suíça MDPI, o segundo na Environmental Earth Sciences, da alemã Springer e o terceiro na Environmental Modelling & Software, da holandesa Elsevier.