Evaporación, Transpiración n y Evapotranspiración

Transcripción

1 Evaporación, Transpiración n y Evapotranspiración Curso de Hidrología Departamento de Ingeniería a Civil y Minas División n de Ingeniería Universidad de Sonora Mayo de 2007

2 Introducción La presencia de agua en la atmósfera está estrechamente relacionada con los procesos de evaporación, transpiración n y evapotranspiración, n, a la vez que constituye una pérdida para los almacenamientos subterráneos o superficiales de agua. Evaporación. Es el proceso mediante el cual el agua cambia del estado líquido l al gaseoso, retornando a la atmósfera en forma de vapor. Importancia de la evaporación. La fuente primordial de toda el agua que se precipita en las zonas continentales y uno de los factores vitales de la transferencia en gran escala del agua y su vapor, entre océanos y continentes, es la evaporación n que ocurre en los mares y océanos. Por otra parte, debido a las significativas pérdidas p que por este fenómeno se tienen, su estimación n es necesaria en todos los estudios hidrológicos relativos a la distribución n de las aguas y en los estudios de balance y operación n de almacenamientos.

3 Factores que afectan la evaporación. Déficit de saturación n de la atmósfera. E = C ( es ea ) H e s -> presión de vapor de saturacion a la temperatura del agua en su superficie. e a -> Presión de vapor del aire que rodea la superficie libre. H -> Presión total. Radiación solar Viento Presión atmosférica Profundidad del volumen de agua Calidad del agua T amaño de la superficie libre

4 Medida de la evaporación El agua contenida en el tanque se va evaporando con el tiempo y el vernier registra la lluvia evaporada. Debido a las características del aparato (materiales, magnitud, localización, etc.) la evaporación n en un cuerpo de agua cercano se estima como: E real = K E evaporímetro

5 Estimación n de la evaporación n en embalses Criterios básicos b de estimación. 1. Método de balance de energía. 2. Método de transferencia de masa. 3. Fórmula semiempírica de H. L. Penman. 4. Criterios basados en medidas del evaporímetro y datos meteorológicos. 5. Método del balance hídrico. h Fórmulas basadas en la ley de Dalton. Fórmula de Meyer (1915) E m = C c ( V 7. 5)( es e) Con Cc = 11 para embalses grandes Cc = 15 para embalses pequeños y evaporímetros.

6 Fórmula de Horton (1917). E = C(2 e V o )( e s e) Donde C = 0.40 para embalses pequeños. Fórmula de Lugeon (evaporación mensual) (1928). E = 0.398d( e s (273 + T e) 273 M ) 760 Pa e s Con T M -> Valor medio mensual de la temperatura máxima diaria, oc. P a -> Presión atmosférica media mensual, mm de Hg. Fórmula de Rower (1931). E = 0.497( p)( Vo)( e e) s En la que p -> Presión atmosférica diaria, mm de Hg.

7 Fórmula de los servicios hidrológicos de la URSS (Evap( Evap.. Mensual). E m = 0.20d( V 2( e e) d -> número de días del mes analizado. Nomenclatura E -> evaporación diaria, mm. E m -> evaporación media mensual, mm. e s -> Presión de vapor de saturación para la temperatura del agua superficial (tabla 3.7, cap. 3, Procesos del Ciclo Hidrológico, Campos Aranda) e -> presión de vapor del aire, mm de Hg, se obtiene con la relación 3.25 del cap. 3 del mismo libro. V z -> Velocidad del viento a la altura z sobre la superficie evaporante, m/s. s V z = V z 1 z Donde V 1 -> Velocidad media a z=2 m de la superficie del suelo.

8 Ejercicio Estime la evaporación n con los datos del mes de julio de 1990 de la estación n cercana a una presa de almacenamiento Latitud 28º 30 Altitud 279 msnm Presión n atmosférica (P) 759 mm de Hg Temperatura media del aire (T) 38 o C Temperatura máxima m media diaria (T M ) 37 o C Humedad relativa (H.R( H.R.).) 79 % Velocidad del viento (a 2 m sobre el terreno) 2.3 m/s Nota: entregar si requiere hacer examen extraordinario.

9 Transpiración. n. La transpiración n es el resultado del proceso físico f y biológico por el cual el agua cambia del estado líquido l al gaseoso, a través s del metabolismo de la planta y pasa a la atmósfera. Factores que influyen en la transpiración. n. Depende de los mismos factores que afectan a la evaporación, además s de la iluminación n y el equilibrio osmótico en la zona de raices de las plantas. En su aspecto biológico, la transpiración n es afectada por la especie vegetal, edad, desarrollo y tipo de follaje y profundidad radicular. Variación n de la transpiración. n. La variación n diaria de la transpiración n está ligada a las variaciones de temperatura, humedad e intensidad de la luz, por lo que se incrementa durante la mañana ana hasta alcanzar un máximo m poco después s del medio día d y llegada la tarde decrece súbitamente, s llegando a ser prácticamente nula por la noche, debido al cierre de las estomas de las hojas. También n ocurren variaciones estacionales de la transpiración, n, ligadas a la actividad vegetativa de la planta y a las variaciones del poder evaporante de la atmósfera.

10 Evapotranspiración. n. Evapotranspiración n = Evaporación n + Transpiración Uso consuntivo = Evapotranspiración n + Agua requerida para formación de tejido vegetal Estimación n de la evapotranspiración. n. Método de Thornthwaite (1948) ETP '= 16(10T / I) ETP -> Evapotranspiración potencial mensual, en mm para los meses teóricos de 30 días con 12 horas diarias de insolación. T -> Temperatura media mensual del aire, en oc. I -> índice de calor, igual a la suma de los doce índices mensuales del año en análisis I = i 1 5 = T i a = 6.75x10 I 7.71x10 I x La evapotranspiración corregida será: d N ETP = ETP' a d -> número de días del mes. N -> Número de horas de sol, en función de la latitud del sitio

11 Otros métodos m para estimación

12 Método de Turc

13 Procedimientos avanzados SEBAL (Algoritmo para el Balance de Energía a Superficial) es un modelo de teledetección n compuesto de 25 sub-modelos para calcular las necesidades de agua de los cultivos o evapotranspiración n (ET) en áreas extensas. SEBAL fue desarrollado en Holanda por Bastiaanssen y ha sido modificado en Idaho, EE.UU. para ser aplicado en agricultura, terrenos montañosos osos y lagos en condiciones semi-áridas. SEBAL ha sido aplicado en muchos países en desarrollo y es aplicado actualmente en Idaho para predecir ET mensual m y por temporada, para contabilizar derechos de agua y para la operación n de modelos de agua subterránea. Los resultados obtenidos con SEBAL fueron validados al compararlos con mediciones en lisímetros de precisión n efectuados en el Centro de Investigación n del Departamento de Agricultura ubicado en Kimberly, EE.UU. Los mapas de ET generados por SEBAL proveen las herramientas para evaluar el valor de ET en términos t rminos cuantitativos, así como su distribución n espacial en cada campo. Los valores de ET obtenidos a través de imágenes de satélite permitirán n en un futuro reemplazar las metodologías actuales, basadas en mediciones locales y coeficientes de cultivo. Las aplicaciones iniciales y evaluaciones de SEBAL han mostrado eficiencia iencia y exactitud para predecir la evapotranspiración n real en áreas bajo riego.

14 Importancia en Sonora En Sonora, siendo una zona desértica, es necesario conocer los volúmenes de evapotranspiración n anuales que afectan la disponibilidad de agua. Las grandes zonas de cultivo están enviando diariamente miles de metros cúbicos de agua a la atmósfera.