Climatological water balance: a review

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i6.26669

Keywords:

Water; Model; Climate.

Abstract

The climatological water balance (CWB) is one of the ways to monitor water storage in the soil, being an essential tool in agricultural strategic planning. In this way, knowing the time of greater availability and the water deficit becomes important to assist in decision-making on agricultural planning in a given location. It contributes to the planning phase; new dams are built for water storage; irrigation systems are used at the most appropriate time to meet the crop and also allows the preservation of springs. In this context, two models were used to estimate the water balance: one proposed by Thornthwaite and Mather and another proposed by Rosa et al. Within the water balance, estimates can be made at river basin and rural property level, controlling the availability of water for the plants. Thus, the objective of this study was to address the main concepts regarding the study of water balance in different locations, basins, and physiographic regions.

References

Abaker, W. E., Berninger, F., & Starr, M. (2018). Changes in soil hydraulic properties, soil moisture and water balance in Acacia Senegal plantations of varying age in Sudan. Journal of Arid Environments, 150, 42-53.

Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. Roma: FAO-56 Irrigation and drainage. Rome, Italy: FAO, 300p.

ANA. Agência Nacional de Águas. (2016). Relatório de Conjuntura dos Recursos Hídricos no Brasil. Brasília: ANA.

Araujo, M. A., Souza, J. L. M., Brondani, G. E., & Pauletti, V. (2009). Sistemas de manejo e relações hídricas do solo na produtividade da cultura da soja, em Ponta Grossa - Paraná. Scientia Agraria, 10(1), 403-412.

Assis, J. M. O., Souza, W. M., & Sobral, M. C. M. (2015). Climate analysis of the rainfall in the lower-middle stretch of the São Francisco river basin based on the rain anomaly index. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, 2, 188- 202.

Ávila, P. L. R., Souza, E. B., Pinheiro, A. N., & Figueira, W. S. (2014). Análise da precipitação sazonal simulada utilizando o regcm4 sobre o estado do Pará em anos de extremos climáticos. Revista Brasileira de Climatologia, 14, 50-75.

Ávila, V. S. (2016). Balanço hídrico do solo e partição da evapotranspiração de soja, milho e feijão submetidos à irrigação deficitária no sul do Brasil (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS.

Barreto, C. E. A. G., Wendland, E., & Marcuzzo, F. F. N. (2009). Estimativa da evapotranspiração a partir de variação de nível estático de aquífero. Engenharia Agrícola, 29, 52-61.

Bilibio, C., Carvalho, J. A., Martins, M., Rezende, F. C., Freitas, E. A., & Gomes, L. A. A. (2010). Desenvolvimento vegetativo e produtivo da berinjela submetida a diferentes tensões de água no solo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental,14(7), 730-735. doi: 10.1590/S1415-43662010000700007

Blain, G. C. (2009). Considerações estatísticas relativas à oito séries de precipitação pluvial da secretaria de agricultura e abastecimento do Estado de São Paulo. Revista Brasileira de Meteorologia, 24, 12-23.

Brito, T. R. C., Lima. J. R. S., Oliveira, C. L., Souza, R. M. S., Antonino, A. C. D., Medeiros, E. V. ... Alves, E. M. (2020). Mudanças no Uso da Terra e Efeito nos Componentes do Balanço Hídrico no Agreste Pernambucano. Revista Brasileira de Geografia Física, 13(2), 870-886.

Calera, A. (2017). Remote Sensing for Crop Water Management: From ET Modelling to Services for the End Users. Sensors, 17, 1104-1129.

Carvalho, H. P., Dourado Neto, D., Teodoro, R. E. F., & Melo, B. (2011). Balanço hídrico climatológico, armazenamento efetivo da água no solo e transpiração na cultura de café. Biociência Jornal, 27(2), 221-229.

Cintra, F. L. D., Libardi, P. L., & Saad, A. M. (2000). Balanço hídrico no solo para porta-enxerto de citros em ecossistema de Tabuleiro Costeiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 4(1), 23-28.

França, M. V., Ferraz, J. X. V., Medeiros, R. M., Holanda, R. M., & Rolim Neto, F. C. (2018). El Niño e La Niña e suas contribuições na disponibilidade hídrica dos municípios de São Bento do Una e Serra Talhada – PE, Brasil. Revista Brasileira de Agrotecnologia, 8(1), 15-21.

Garrido-Rubio, J. (2018). Remote sensing-based soil water balance for irrigation water accounting at the Spanish Iberian Peninsula. Proc. IAHS, 380, 29-35.

Guerra, A.T., & Guerra, A. J. T. (1997). Novo Dicionário Geológico-Geomorfológico. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil.

Giménez, L., Paredes, P., & Pereira, L. S. (2017). Water Use and Yield of Soybean under Various Irrigation Regimes and Severe Water Stress. Application of AquaCrop and SIMDualKc Models. Water, 9, 1-18.

Guandique, M. E. G., & Morais L. C. (2015). Estudo de variáveis hidrológicas e do balanço hídrico em bacias hidrográficas. In Pompêo et al. (Orgs.), Ecologia de reservatórios e interfaces. São Paulo, SP: Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo.

IPCC. Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. (2015). Climate change 2014: mitigation of climate change. Cambridge: Cambridge University Press.

Lanna, A. E. (1999). Hidroeconomia. Academia Brasileira de Ciências –Águas Doces no Brasil.

Leivas, J. F., Berlato, M. A., & Fontana, D. C. (2006). Risco de deficiência hídrica decendial na metade sul do estado do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 10(2), 397-407.

Li, S., Gitau, M., Bosch, D., Engel, B. A., Zhang, L., & Du, Y. (2017). Development of a soil moistureâ based distributed hydrologic model for determining hydrologically based critical source areas. Hydrological Processes, 31(20), 3543-3557. doi: 10.1002/hyp.11276

Libardi, P. L. (2005). Dinâmica da água no solo. São Paulo-SP: Ed/USP.

Liu, Y., Pereira, L. S., & Fernando, R. M. (2006). Fluxes through the bottom boundary of the root zone in silty soils: Parametric approaches to estimate groundwater contribution and percolation. Agricultural Water Management, 84, 27-40.

Lopes, I., Guimarães, M. J. M., Melo, J. M. M., & Ramos, C. M. C. (2017). Balanço hídrico em função de regimes pluviométricos na região de Petrolina-PE. Irriga, 22, 443-457.

Medeiros, R. M., Matos, R. M., Silva, P. F., Saboya, L. M. F., & Francisco, P. R. M. (2015). Classificação climática e zoneamento agroclimático de culturas para São João do Cariri - PB. Enciclopédia Biosfera, 11(21), 2984-2996.

Meena, A., Hanief, M., Dinakaran, J., & Rao, K. S. (2020). Soil moisture controls the spatio-temporal pattern of soil respiration under different land use systems in a semi-arid ecosystem of Delhi, India. Ecological Processes, 9, 1-13.

Oliveira, J. A. M., & Oliveira, C. M. M. (2018). Balanço hídrico climatológico e classificação climática para o município de Arinos – MG. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, 12(6), 3021-3027.

Ometto, J. C. (1981). Bioclimatologia vegetal. São Paulo: Ceres, 425p.

Palaretti, L. F., Mantovani, E. C., & Sediyama, G. C. (2011). Caracterização e diagnóstico de sistemas de irrigação e práticas de manejo de água na citricultura do norte do estado de São Paulo. Cadernos de Ciência & Tecnologia, 28(2), 531-551.

Passos, M. L. V., Zambrzycki, G. C., & Pereira, R. S. (2017). Balanço hídrico climatológico e classificação climática para o município de Balsas-MA. Revista Scientia Agraria, 18, 83-89.

Pereira, A. R., Angelocci, L. R., Sentelhas, P. C. (1997). Evapo(transpi)ração. Piracicaba: ESALQ. 183p.

Parreira, A. G. B., Marasca, I., Solino, A. J. S., & Santos, G. O. (2019). Water balance climatological to the county of Rio Verde, Goiás. Científic@ Multidisciplinary Journal, 6(1), 16-33.

Pinhati, F. S. C., Souza, S. A., & Villela, W. M. C. (2017). Avaliação de um cenário de ampliação da irrigação na bacia do rio São Marcos por meio de geoprocessamento e desenvolvimento de ferramenta computacional para cálculo do balanço hídrico na escala de Ottobacias. In XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos (p. 1-8), Florianópolis, SC.

Pinheiro, A. (2010). Avaliação das variáveis hidrológicas do balanço Hídrico em área agrícola com cultivo de milho (Zea mays) através de uso de lisímetro. Revista de Estudos Ambientais, 12(1),73-81.

Queiroz, M. G., Silva, T. G. F., Zolnier, S., Jardim, A. M. R. F., Souza, C. A. A., Araújo Júnior, G. N. … Souza, L. S. B. (2020). Spatial and temporal dynamics of soil moisture for surfaces with a change in land use in the semi-arid region of Brazil. Catena, 188, 104-157.

Rakovec, O., Kumar, R., Attinger, S., & Samaniego, L. (2017). Improving the realism of hydrologic model through multivariate parameter estimation. Water Resources Research,ce Abstracts, 52, 7779-7792. doi:10.1002/ 2016WR01943

Rhoden, A. C., Feldmann, N. A., Muhl, F. R., Ritter, A. F. S., & Moreira, A. (2016). A importância da água e da gestão dos recursos hídricos. Revista de Ciências Agroveterinárias e Alimentos, 1, 91-108.

Rocha, P. C., & Santos, A. A. (2018). Análise Hidrológica em Bacias Hidrográficas. Mercator, 17, e17025. doi: 10.4215/RM2018.E17025

Rosa, R. D., Paredes, P., Rodrigues, G. C., Alves, I., Fernando, R. M., Pereira, L. S. ... Allen, R. G. (2012). Implementing the dual crop coefficient approach in interactive software. 1. Background and computational strategy. Agricultural Water Management, 103, 8-24.

Rosa, R. G. T. D. (2018). Modelação da evapotranspiração com o modelo SIMDualKc: Aplicação à rega de fruteiras, a consociações de culturas e a condições salinas, e ligação ao SIG para análise à escala do projecto de rega (Tese de Doutorado). Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Sales, M. A. L. (2014). Balanço hídrico na sub-bacia hidrográfica do Boi Branco – SP para gestão sustentável da agricultura irrigada (Dissertação de Mestrado). Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Botucatu, SP.

Santos, G. O., Hernandez, F. B. T., & Rossetti, J. C. (2010). Balanço hídrico como ferramenta ao planejamento agropecuário para a região de marinópolis, noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, 4(3), 142-149.

Silva, A. L. C. (2019). Estudo do balanço hídrico na bacia do rio Pajeú utilizando o modelo Swim (Tese de Doutorado). Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE.

Silva, J. R. I. (2017). Aplicação do método de Budyko para modelagem do balanço hídrico no semiárido brasileiro. Scientia Plena, 13(10), 1-10.

Silva, L. É. P., & Bracht, E. (2010). Uma nova abordagem para o cálculo de balanço hídrico climatológico. Revista Brasileira de Computação Aplicada, 2(1), 2-16, 2010. doi: 10.5335/rbca.2013.722.

Silva Junior, J. F., Hernandez, F. B. T., Silva, I. P. F., Reis, L. S., & Teixeira, A. H. C. (2018). Estabelecimento dos meses mais críticos para a agricultura irrigada a partir do estudo do balanço hídrico. Brazilian Journal of Biosystems Engineering, 12(2), 122-131.

Silveira, C. S., Souza Filho, F. A., Martins, E. S. P. R., Oliveira, J. L., Costa, A. C., Nobrega, M. T. ... Silva, R. F. V. (2016). Mudanças climáticas na bacia do rio São Francisco: Uma análise para precipitação e temperatura. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 21, 416-428, 2016.

Šípek, V., Hnilica, J., Vlček, L., Hnilicová, S., & Tesař, M. (2020). Influence of vegetation type and soil properties on soil water dynamics in the Šumava Mountains (Southern Bohemia). Journal of Hydrology, 582, 124285. doi: 10.1016/j.jhydrol.2019.124285

Souza, J. L. M., & Gomes, S. (2007). Avaliação e desempenho das equações de estimativa do armazenamento de água no solo em um balanço hídrico climatológico decendial irrigacionista. Acta Scientiarum Agronomy, 29(4), 433-442.

Souza, J. L. M, & Gomes, S. (2008). Limites na utilização de um modelo de balanço hídrico decendial em função da capacidade de água disponível no solo. Acta Scientiarum Agronomy, 30(2), 153-163.

Souza, S. O., Correia, W. S. C., Fileti, R. B., & Vale, C. C. (2014). Balanço hídrico da bacia hidrográfica do Rio Caravelas (BA) como subsídio ao planejamento agrícola. Revista Brasileira de Geografia Física, 7, 83-92.

Stewart, J. I., Hagan, R. M., Pruitt, W. O., Danielson, R. E., Franklin, W. T., Hanks, R. J. … Jackson, E. B. (1977). Optimizing Crop Production through Control of Water and Salinity Levels in the Soil; Utah Water Research Laboratory: Logan, UT, USA, p. 191.

Testezlaf, R. (2017). Irrigação: Métodos, Sistemas e Aplicações. Campinas, SP: Unicamp/FEAGRO.

Thornthwaite, C. W. (1948). An approach toward a rational classification of climate. Geographical Review, 38(1), 55-94.

Thornthwaite, C. W., & Mather, J. R. (1955). The Water Balance. Laboratory of Climatology, Centerton: New Jersey, United States. 104p.

Tucci, C. E. M. (2012).Hidrologia, ciência e aplicação. 4ª ed. Porto Alegre: UFRGS/ABRH.

WWDR. World Water Development Report (2017). Relatório mundial das nações unidas sobre o desenvolvimento dos recursos hídricos – 2017. (UN –2017). Recuperado de http://unesdoc. unesco. org/ images/0024/002475/247552por.pdf

Zhang, L., Hickel, K., Dawes, W. R., Chiew, F. H. S., Western, A. W., & Briggs, P. R. (2004). A rational function approach for estimating mean annual evapotranspiration. Water Resources Research, 40, 2502-2516.

Zhang, L., Potter, N., Hickel, K., Zhang, Y., & Shao, Q. (2008). Water balance modeling over variable time scalesbased on the Budyko framework – Model development and testing. Journal of Hydrology, 360(1-4), 117-131. doi: 10.1016/j.jhydrol.2008.07.021

Zhang, Y. W., & Shangguan, Z. P. (2016). The change of soil water storage in three land use types after 10 years on the Loess Plateau. Catena, 147, 87- 95.

Published

07/05/2022

How to Cite

VILLA, B. de; PETRY, M. T.; MARTINS, J. D.; TONETTO, F.; TOKURA, L. K.; MOURA, M. B. de; SILVA, C. M. da; GONÇALVES, A. F.; CERVEIRA, M. P.; SLIM, J. E.; SANTOS, M. S. dos; BELLÉ, M. G.; JIMENEZ, D. H. Climatological water balance: a review. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 6, p. e50211626669, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i6.26669. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/26669. Acesso em: 24 apr. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences