Evapotranspiracion Hidro

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

1

L EV POR CIÓN CIÓN   Es el fenómeno físico por el cual un líquido cambia de estado líquido a gaseoso, retornando directamente a la atmósfera en forma de vapor. A su vez, el agua en estado sólido (nieve o hielo) puede pasar directamente a vapor, mediante el fenómeno que se denomina sublimación. Este fenómeno es tanto más débil cuanto menor es la l a agitación de las moléculas, y tanto más intenso cuanto mayor es la cantidad de agua con posibilidad de evaporarse. Para ello, es necesario que el medio que envuelve la superficie evaporante tenga capacidad para admitir el vapor de agua. Esto último se conoce como poder evaporante de la atmósfera. La evaporación se produce desde: ▪  La superficie del suelo y la vegetación inmediatamente inmedia tamente después de la precipitación ▪  Desde las superficies de agua (lagos, ríos, embalses) m ás superficial ▪  Desde el suelo, agua infiltrada que se evapora desde la parte más del suelo.

11

FACTORES QUE DETERMINAN LA EVAPORACIÓN ▪ 

El poder evaporante de la atmósfera, el cual se caracteriza por la ccantidad antidad de agua que la atmósfera es capaz de absorber si dispone de toda el agua necesaria, bajo determinadas condiciones meteorológicas. ▪  Factores que influyen en el poder evaporante de la atmósfera: ❖  Temperatura: a mayor temperatura es mayor la taza de evaporación ❖  Radiación solar: directamente relacionado con la temperatura. a tmosfera, menor capacidad de ❖  Humedad Relativa: mayor HR en la atmosfera, absorber vapor de agua originada por evaporación. ❖  Velocidad del viento: cuando una masa de aire que ya ha absorbido humedad es desplazada y substituida por otra con menor contenido con tenido de humedad, es capaz de producir nueva evaporación. ▪  ▪ 

2

Tipo de suelo Salinidad del agua (inversamente)

L TR NSPIR CIÓN CIÓN   Es el proceso físico-biológico por el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso a través del metabolismo de las plantas y pasa a la atmósfera. Esencialmente es el mismo proceso físico que la evaporación, excepto que la superficie desde la cual se escapan las moléculas del líquido no es de agua libre, sino que es la superficie de las hojas. Las hojas en las plantas están compuestas por finas capas de células (mesodermo) y poseen una delgada epidermis de una célula de espesor, la cual cu al posee numerosas estomas. El espacio intercelular en el mesodermo contiene grandes espacios de aire entre cada estoma. La humedad entre los espacios intercelulares se vaporiza y escapa de la hoja a través tr avés de estas estomas. Estos, generalmente se abren con la luz y se

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 1 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

cierran con la oscuridad. Cuando los estomas están completamente abiertos, la tasa de transpiración está determinada por los mismos factores que controlan la evaporación. Los estomas ejercen una suave regulación solamente cuando están cerrados.

21

FACTORES QUE DETERMINAN LA TRANSPIRACI TRANSPIRACIÓN ÓN El poder evaporante de la atmósfera: temperatura, humedad y velocidad del viento. l as raíces no pueden absorber ▪  humedad del suelo: si el suelo está muy seco, las agua desde el suelo, la cual luego va a ser evaporada o transpirada. ▪  el tipo de planta: las plantas características de climas muy secos van a tratar de conservar el agua en sus hojas ▪ 

3

L EV POTR NSPIR CIÓN CIÓN   La evapotranspiración es la combinación de los fenómenos de evaporación desde la superficie del suelo y la transpiración de la vegetación. La dificultad de la medición en forma separada de ambos fenómenos (el contenido de humedad del suelo y el desarrollo vegetal de la planta) obliga a introducir el concepto de evapotranspiración como pérdida conjunta de un sistema si stema determinado. real es la humedad del suelo, el El principal factor que determina la evapotranspiración cual puede retener agua conforme con la capacidad de retención específica de cada tipo de terreno. La humedad del suelo es generalmente alimentada por la infiltración, y constituye una reserva de agua a ser consumida por la evaporación del suelo y las plantas. Estas, toman agua del suelo a través de sus raíces, toman una pequeña parte para su crecimiento y el resto lo transpiran. ▪  Otros conceptos: I.  I.  Evapotranspiración Potencial (ETP): es la cantidad máxima posible de agua que perdería el suelo por evaporación y transpiración, suponiendo que este estuviera saturado. Por ejemplo: campo de cultivo bien regado, área con vegetación natural en un periodo de suficientes precipitaciones. II. 

31

Evapotranspiración real (ETR): es la que se produce pr oduce realmente bajo las condiciones meteorológicas, de humedad de suelo y de vegetación existentes en un lugar y durante un tiempo dado.

FACTORES QUE DETERMINAN LA EVAPOTRANSPIRACIÓN Los factores que van a influenciar son los mismos que vimos tanto en la evaporación como en la transpiración. La evaporación depende del poder evaporante de la atmosfera, que a su s u vez depende de los siguientes factores:   Radiación solar m ás sencilla   Temperatura (en relación estrecha con la anterior, pero más de medir)   Humedad: menos humedad => más evaporación •

•

•

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 2 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

  Presión atmosférica (y la altitud en relación con ella): A menor presión (y/o mayor altitud) =>más evaporación   Viento: más viento => más evaporación

•

•

En la evaporación desde lámina de agua libre influye:   El poder evaporante de la atmosfera   La salinidad del agua (inversamente)   La temperatura del agua

• • •

La evaporación desde un suelo desnudo depende de:   El poder evaporante de la atmosfera   El tipo de suelo (textura, estructura, etc)   El grado de humedad del suelo

• • •

Finalmente, la transpiración está en función de:   El poder evaporante de la atmosfera   El grado de humedad del suelo

• •

  El tipo de planta   Variaciones estacionales: en un cultivo, del desarrollo de las plantas, en zonas de bosque de hoja caduca, la caída de la hoja paraliza la transpiración   Variaciones interanuales: en áreas de bosque las ET aumenta con el desarrollo de los árboles.

• •

•

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 3 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

4

MEDID DE L EV POR CIÓN CIÓN   Es una magnitud difícil de medir y no se ha podido encontrar un proceso suficientemente representativo representativo de las condiciones medias de una región determinada. En las estaciones meteorológicas las medidas de evaporación corresponden a la evaporación Potencial.

41 I. 

INSTRUMENTO INSTRUMENTOSS QUE MIDEN LA EVAPORACIÓN Tanque de evaporación

Es un recipiente de tamaño estandarizado (d=1.20m, h=0.25 m), construido de hierro galvanizado, zinc y cobre. En algunos casos, las paredes de pintan de colores claros. Pueden instalarse enterrados en el suelo o flotando sobre un cuerpo de agua. Siempre están acompañados de un pluviómetro y un anemómetro. Muchas veces se los tapa con una red o malla para evitar la pérdida de agua por las aves.

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 4 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

Las evaporaciones en el tanque tienen errores que están influenciados por los siguientes factores: ▪  Cantidad de agua del tanque, con respecto a los cuerpos de agua. ▪  ▪ 

Color con que se pinta las paredes del tanque: más claros, menos evaporación. Perdidas por goteo, salpicaduras u otros factores (animales).

Por lo tanto, se define el coeficiente del tanque para comparar las lecturas del tanque con la evaporación en grandes masas de agua, el cual puede variar estacionalmente siendo mayor en invierno cuando la evaporación del tanque es menor: Evaporación del lago = evaporación del tanque x coeficiente del tanque II. 

Evaporímetros de papel poroso o Piche:

Es un tubo de 1 cm de diámetro, abierto por un extremo y que se tapa con un disco de papel filtro. El interior se rellena con agua destilada o de lluvia. Tienen un error por exceso, con respecto a la medida del tanque; la relación seria: Evaporación tanque = Evaporación piche x 0.8

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 5 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

5

MEDID DE L TR NSPIR CIÓN CIÓN   La determinación cuantitativa de la transpiración se s e ha realizado a través del tiempo por distintos métodos, cada uno de los cuales han tenido algún inconveniente o al menos ha estado limitado en condiciones específicas. Entre los métodos utilizados para medir la transpiración se encuentran:

51

MÉTODO DE PESADA DE DE PLANTAS  PLANTAS COMPLETAS El primer método es uno de los más simples se utiliza para plantas sembradas en macetas, y consiste en pesar la planta con su maceta inicialmente y al cabo de un período de tiempo pesarla nuevamente, la diferencia de peso experimentado por las plantas se atribuye a la cantidad can tidad de de agua  agua eliminada por la transpiración. La superficie del suelo del  suelo y las paredes de la maceta deben d eben ser cubiertas con un material impermeable para evitar la evaporación de agua a partir de otras superficies que no sean las de la planta. Como el tiempo es corto, la pérdida de peso por respiración por  respiración y la ganancia por Fotosíntesis por  Fotosíntesis son insignificantes en comparación con la intensa pérdida de agua por transpiración.

52

MÉTODO DE PESADA DE PARTES SEPARADAS DE LA PLANTA Para el segundo método se corta la parte de la planta a la cual se le quiere medir la transpiración, por lo general las hojas, se pesan en una balanza y transcurrido unos 3 o 5 minutos se pesa nuevamente; la pérdida de peso seco se debe al agua transpirada. Este método sirve para comparar las distintas velocidades de transpiración, y puede ser utilizada en plantas sembradas directamente en el  el  suelo  suelo de cultivo sin tenerlas en condiciones de laboratorio.

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 6 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

53

MÉTODO DEL POTÓMETRO El tercer método se utiliza en ramas provistas provi stas de hojas y separadas de la planta, el potómetro consta de un recipiente lleno de agua en el que se introduce el extremo de una ramita y se fija mediante un tapón a la boca de dicho recipiente; al recipiente están unidos un tubo capilar c apilar de vidrio graduado en posición horizontal, y a su vez, el capilar se introduce en un depósito de agua. Antes de iniciar la medición de la transpiración, se llena de agua el aparato para evitar que queden burbujas de aire en su s u interior, lo que se logra al abrir la válvula de paso del depósito superior de agua. Después se introduce un burbuja de aire en el tubo capilar, la cual a medida que la transpiraciones va realizando se desplaza por el tubo capilar en dirección al recipiente con la rama, por efecto de la succión que crea la ramita al perder agua hacia la  la atmósfera. atmósfera. 

54

55

MÉTODO DEL CLORURO DE COBALTO

El cuarto método se basa en el cambio de color que experimenta un disco de papel impregnado en cloruro de cobalto cuando es expuesto a los valores de agua. Se toman discos de papel, se humedecen hum edecen con una disolución de cloruro de cobalto al 3% ligeramente acidificado con ácido acético y se dejan secar bien, los discos adquieren entonces un color azul. Cuando los discos se ponen en contacto con la superficie de la hoja que está transpirando, el color del papel de cobalto cambia gradualmente de color azul a rosado. La velocidad con que se produce el paso del color azul a rosado indica la velocidad de transpiración, que es solo un valor relativo que qu e sirve para comparar de diferentes plantas y que puede desviarse considerablemente con siderablemente de las velocidades de transpiración reales.

MÉTODO DE RECOLECCIÓN DEL VAPOR DE AGUA DE LA TRANSPIRACIÓN El último método consiste en encerrar una planta de maceta en una campana de cristal y hacer que circule una corriente de  de  aire, aire, de modo que todo el vapor de agua liberado por las hojas sea arrastrado por el aire circundante y recogido después por una sustancia absorbente de humedad como el cloruro de calcio anhidro, cuyo peso se determina con anterioridad. La continua con tinua corriente de aire hace que la humedad del aire dentro de d e la campana no aumente y permita la difusión de los vapores de las hojas hacia la atmósfera, parecido a como lo haría en la atmósfera libre. El incremento de peso que experimenta el cloruro de calcio se debe a la cantidad de agua absorbida del aire que pasó a través de la campana con la planta, cuya humedad proviene en pare del proceso transpiratorio de la planta

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 7 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

y en la parte de la humedad natural del aire. Para conocer qué cantidad de agua fue liberada por la transpiración, es necesario hacer circular igual volumen a través tr avés de la campana, pero si llaa planta, y colectar la humedad de la misma forma con una cantidad igual de cloruro de calcio. La cantidad de agua transpirada por la planta estará dada por la diferencia de peso entre el cloruro.

6

MEDID DE L EV POTR NSPIR CIÓN CIÓN   La ET no se mide directamente, sino que se despeja d espeja de las relaciones originadas por el balance hídrico. ▪  LISIMETRO: recipiente enterrado y cerrado lateralmente de forma que el agua drenada es acumulada en el drenaje. La ETR se despeja de la siguiente relación: P=ETR+I±dA Donde P=Precipitaciones I= Infiltración dA=almacenamiento (El almacenamiento se mide a través de la humedad del suelo.)

Condicionantes

Para que se produzca ET tienen que darse las siguientes condiciones: I. I.   El agua tiene que estar presente.

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 8 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

II. II.   III.  III. 

Tiene que haber alguna fuente de energía que convierta el agua líquida en vapor de agua. Se tiene que producir un fenómeno físico que separe el vapor de agua de la superficie de evaporación.

Las plantas para su crecimiento necesitan agua agu a y otros nutrientes que toman del suelo a través de las raíces, dióxido de carbono (CO2) que toman del aire a través de sus hojas y una fuente de energía que es la luz del Sol. Las dos fuentes principales de agua que usan las plantas son la lllluvia uvia y el riego. En ambos casos, parte del agua que llega al suelo o las plantas queda rretenido etenido en forma de gotas sobre las hojas o sobre la superficie del suelo. Ésta es la p parte arte de agua más fácilmente evaporable. El resto del agua se infiltra infil tra en el suelo de manera que las plantas pueden obtenerla por medio de sus raíces. r aíces. Para obtener el CO2 de la atmósfera, las plantas abren sus estomas, poros microscópicos en la superficie de las hojas. Durante este proceso las plantas pierden agua hacia la atmósfera (transpiración). Una vez que están disponibles para las plantas el agua y el CO2, en las hojas se produce la fotosíntesis mediante la cual las plantas pl antas sintetizan glucosa (su alimento) a partir de agua, CO2 y luz solar. El agua líquida que se evapora desde d esde la superficie foliar y desde la superficie del suelo requiere gran cantidad de energía, alrededor de 540 calorías por gramo de agua a 100 ºC. Esta energía proviene de la luz del Sol en forma de energía solar. El vapor de agua se produce en la superficie de contacto entre agua y aire produciendo un gradiente de presión de vapor enorme alrededor alr ededor de dicha superficie. La dispersión del vapor de agua en la atmósfera se debe a dicho gradiente, y también debido a la influencia del viento u otros mecanismos. La evapotranspiración es continua en tanto en cuanto se mantienen las tres condiciones antes comentadas. Medir la ETP es más fácil, mediante el riego, se mantiene la reserva del suelo al máximo, por lo que no hay h ay que preocuparse de medir el dA. El valor de ETP se d despeja espeja de la siguiente relación: P+Riego=ETP+I

7

MÉTODOS P R ESTIM R L EV POTR NSPIR CIÓN EN UN CUENC La evapotranspiración en una cuenca es considerada como la l a evaporación procedente de la superficie del agua, el suelo, la l a nieve, el hielo, la vegetación y de otras superficies, más la transpiración. No es posible pos ible medir la evapotranspiración directamente de una región de dimensiones importantes en condiciones naturales. Por esta razón, la estimación de la evapotranspiración para períodos largos de tiempo se calcula utilizando el método del balance hídrico y para valores a corto plazo mediante la utilización de relaciones empíricas.

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 9 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

71

METODO DEL BALANCE HIDRICO Estos métodos están basados en el principio de conservación de d e la masa aplicado a una parte del ciclo hidrológico. Como la evaporación es la incógnita, deben conocerse los demás términos de la ecuación, lo cual no es fácil debido al desconocimiento de la mayoría de los componentes del ciclo hidrológico terrestre. A nivel de cuenca, la tasa de evapotranspiración puede obtenerse a partir de la ecuación de balance  =  − ( +

 

)/ 

donde E y P son las l as láminas evaporadas y precipitadas expresadas en mm por unidad de tiempo, Q representa los caudales de escurrimiento superficial y subterráneo, S es el almacenamiento de agua y A el área considerada. Si el balance se realiza para un paso de tiempo anual, puede considerarse que no existen variaciones en el almacenamiento (dS/dt=0), por lo cual la expresión anterior se reduciría a:   =  −    

72

CALCULO MEDIANTE RELACIONES EMPIRICAS Aunque la ET se puede medir utilizando aparatos de medida como los lisímetros, el proceso de medición es largo y costoso, por lo que es mucho más frecuente su estimación en base a ecuaciones empíricas y analíticas La mayoría de las ecuaciones de ET se s e desarrollaron relacionando medidas de ET con medidas de parámetros climáticos que directa o indirectamente afectan a la ET. Como hay tantos factores implicados en la ET, ET , es extremadamente difícil formular una ecuación que permita el cálculo de ET en diferentes condiciones, es por ello por lo que qu e los investigadores desarrollaron la idea de evapotranspiración para un cultivo de referencia expresada en milímetros (mm). El cultivo de referencia es una superficie de gramíneas, cuyas características físicas y biológicas se han estudiado extensamente. La ET de esta superficie es conocida comúnmente como ET0. Para calcular la evapotranspiración real (ETc) para un determinado cultivo en una zona con características climáticas semejantes a las de la estación meteorológica, se utiliza un factor de cultivo, conocido comúnmente como coeficiente de cultivo (Kc). Esta cantidad de agua requerida para compensar la pérdida por evapotranspiración del cultivo se define como necesidades de agua del cultivo.

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 10 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

Hay distintas ecuaciones que permiten el cálculo de la ET0. Su elección depende del objetivo, condiciones y disponibilidad de datos. Por lo tanto, la ET0 puede ser calculada con bastante precisión usando modelos matemáticos consistentes en ecuaciones complejas.

Thornthwaite Hargreaves Turc Penman

MEDIDAS NECESARIAS Temperatura 

OTROS DATOS

Temperatura, Radiación  Temperatura, horas reales de sol Temperatura, horas reales del sol, velocidad del viento, HR

 

 

 

Número teórico de horas de sol  Temperatura Máximas y Mínimas diarias  Radiación solar  Por tablas se obtienen otros parámetros necesarios 

7 2 1 CÁLCULO DE ETR ANUAL: MÉTODO DE PENMAN

Mediante un modelo físico estima los valores de ETP a partir de valores diarios de humedad del aire, temperatura, velocidad del viento y radiación solar. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 11 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

7 2 2 CÁLCULO DE ETR: M MÉTODO ÉTODO DE THORNTHWAITE THORNTHWAITE

1)  se calcula un “índice de calor mensual” a partir de la temperat temperatura ura media mensual (t):

2)  2)  se calcula un “índice de calor anual” (I): 

3)  3)  Se calcula la ETP mensual “sin corregir” mediante la fórmula:  

ETP sin corrección=ETP mensual mm/mes, para 30 días y 12 horas de sol (teóricas) t= temperatura media mensual I= índice de calor anual

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 12 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

4)  4)  Corrección según el número de días del mes y el número de horas de sol:

ETP= ETP corregida N= número máximo de horas de sol (tabulada) d= número de días NOTA:

Para valores de temperatura media mensual mayores a 26,5ºC, la l a ETP sin corregir (en mm/mes) se obtiene según la siguiente tabla:

 

Tm 

26.5 

27.0 

27.5 

28.0 

28.5 

29.0 

29.5 

30.0 

30.5 

31.0 

31.5 

32.0 

135.0

139.5

143.7

147.8

151.7

155.4

158.9

162.1

165.2

168.0

170.7

173.1

32.5 

33.0 

33.5 

34.0 

34.5 

35.0 

35.5 

36.0 

36.5 

37.0 

37.5 

38.0 

175.3

177.2

179.0

180.5

181.8

182.9

183.7

184.3

184.7

184.9

185.0

185.0

ETP s/corr Tm 

ETP s/corr

Luego, la ETP corregida se calcula de la misma forma que para el caso anterior

7 2 3  FORMULA DE HARGREAVES

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 13 

 

EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

7 2 4 FORMULA DE TURC

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ  CARRION  – E.A.P. INGENIERIA CIVIL  

pág. 14