EVAPOTRANSPIRACIN REAL Y POTENCIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

CURSO:

HIDRAULICA APLIACADA

TEMA:

EVAPOTRASPIRACIN REAL Y POTENCIAL

DOCENTE:

MSc. JOS ARBUL RAMOS.

ALUMNOS:

AREBALO MONTENEGRO HERNAN CARLOS CALLACA JONATHAN QUEVEDO GARCA NIKKA

INDICEINDICE.. (1)EVAPOTRANSPIRACIN REAL Y POTENCIAL.(2)INTRODUCCIN..(2)DEFINICIN(2)DEFINICIN DE TERMINOS.(2)FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPOTRASPIRACIN.(3)APLICACIN DE LA EVAPOTRASPIRACIN..(3)METODOS PARA EL CLCULO DE ETo...(4) MTODO DE PENMAN(4)

MTODO DE THORNTHWAITE(5)

MTODO DE BLANEY-CLIDDLE(6)

MTODO DE TURC(7)

MTODO DE CHRISTIANSEN.(8)

MTODO DE HARGREAVES(9)

ULTIMOS METODOS(10)EVAPOTRANSPIRACIN REAL Y POTENCIAL1.-INTRODUCCINEl uso eficiente de los recursos hdricos en los agro-ecosistemas del Mundo se ha convertido cada vez ms importante debido a la rpida disminucin de los recursos hdricos, el desarrollo industrial y aumento de la poblacin, las condiciones de sequa y degradacin de suelo y calidad del agua superficial en muchas regiones. En muchos casos, la evapotranspiracin (ET), que es la suma de la transpiracin a travs de las estomas de la planta y la evaporacin del suelo, las plantas y la superficie del agua abierta, puede ser el componente ms importante del ciclo hidrolgico. Se necesitan tcnicas mejoradas para la cuantificacin exacta de ET en un campo, las cuencas hidrogrficas y la escala regional para mejorar el uso eficiente de los recursos hdricos y la sostenibilidad de la productividad del ecosistema agrcola y proteger el medio ambiente y la calidad del agua. Una proporcin importante de la precipitacin total que cae sobre la superficie de la tierra se devuelve a la atmsfera por ET. Como promedio mundial, el 60 % de la precipitacin anual que cae sobre la tierra es devuelta a la atmsfera por ET. (http://watercenter.unl.edu/downloads/ResearchInBrief/IrmakSuatET.pdf)

2.-DEFINICINLa evaporacin es el proceso primario de la transferencia de agua en el ciclo hidrolgico. El agua es transformada en vapor y transportada a la atmosfera .La evaporacin ms la transpiracin de una superficie vegetal con ilimitado suministro de agua se conoce como la evaporacin potencial o evapotranspiracin potencial (PE) y constituye la mxima tasa posible debido a las condiciones meteorolgicas. As PE es el valor mximo de la evaporacin real (): PE = cuando el suministro de agua es ilimitado.La evaporacin real () es la cantidad de agua que se evapora un da normal(http://www.civil.utah.edu/~mizukami/coursework/cveen7920/ETMeasurement.pdf)

3.-DEFINICIN DE TRMINOS

EvaporacinLa evaporacin es el proceso por el cual el agua lquida se convierte en vapor de agua y se retira de la superficie. El agua se evapora de una variedad de superficies, tales como lagos, ros, pavimentos, suelos y la vegetacin hmeda.

TranspiracinEs la vaporizacin del agua lquida contenida en los tejidos vegetales y la eliminacin de vapor a la atmsfera.

La evapotranspiracin ( ET )La combinacin de dos procesos separados mediante el cual el agua se pierde por una parte de la superficie del suelo por evaporacin y en el otro lado de la cosecha por transpiracin se conoce como evapotranspiracin (ET).La evaporacin y la transpiracin se producen simultneamente y no hay manera fcil de distinguir entre los dos procesos. (http://www.engr.scu.edu/~emaurer/classes/ceng140_watres/handouts/FAO_56_Evapotranspiration.pdf)

Evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo)Se denota como ETo. La superficie de referencia es un cultivo de pasto de referencia hipottico con caractersticas especficas. El uso de otras denominaciones como ET potencial est totalmente desaconsejado, debido a las ambigedades de sus definiciones.Los nicos factores que afectan ETo son parmetros climticos. En consecuencia, ETo es un parmetro climtico y se puede calcular a partir de datos meteorolgicos. ETo expresa el poder de evaporacin de la atmsfera en un lugar y momento especfico del ao y no tiene en cuenta las caractersticas de los cultivos y los factores del suelo. El mtodo de la FAO Penman - Monteith se recomienda como el nico mtodo para determinar la ETo. La evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar ( ETc )Es la evapotranspiracin de los cultivos, bien fertilizados libres de la enfermedad, que se cultiva en grandes campos, en condiciones ptimas de humedad del suelo, y el logro de la plena produccin en las condiciones climticas dadas.La evapotranspiracin del cultivo se puede calcular a partir de datos climticos e integrando directamente los factores de resistencia de los cultivos, el albedo y resistencia del aire en el enfoque de Penman- Monteith. Como todava hay una considerable falta de informacin para diferentes cultivos, el mtodo de Penman -Monteith se utiliza para la estimacin de la cosecha de referencia estndar para determinar su tasa de evapotranspiracin, es decir, ETo. Determinado experimentalmente proporciones de ETo, llamados coeficientes ETc /ETo, llamado coeficiente de cultivo (Kc), se utilizan para referirse ETc = Kc ETo.

LA EVAPOTRANSPIRACIN DEL CULTIVO BAJO CONDICIONES NO ESTNDAR ( ETC AJ )

Es la evapotranspiracin de los cultivos en la gestin y las condiciones ambientales que difieren de las condiciones estndar. Cuando el cultivo de cosechas en los campos, la evapotranspiracin del cultivo verdadero puede desviarse de ETc debido a condiciones no ptimas, tales como la presencia de plagas y enfermedades, la salinidad del suelo, baja fertilidad del suelo, la escasez de agua o anegamiento. Esto puede resultar en el crecimiento vegetal escasa, baja densidad de plantas y puede reducir la tasa de evapotranspiracin por debajo ETc.

(http://www.kimberly.uidaho.edu/water/fao56/fao56.pdf)

4.-FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPOTRANSPIRACIN

Parmetros meteorolgicosLos principales parmetros meteorolgicos son la radiacin, temperatura del aire, humedad y velocidad del viento.

Factores de cosechasEl tipo de cultivo, la variedad y la etapa de desarrollo deben ser considerados al evaluar la evapotranspiracin de los cultivos en los campos grandes y bien gestionados

Gestin y ambientales condicionesFactores tales como la salinidad del suelo, baja fertilidad del suelo, aplicacin limitada de fertilizantes, la presencia de horizontes de suelo duros o impenetrables, la ausencia de control de enfermedades y plagas y la mala gestin del suelo pueden limitar el desarrollo de los cultivos y reducir la evapotranspiracin. (http://www.engr.scu.edu/~emaurer/classes/ceng140_watres/handouts/FAO_56_Evapotranspiration.pdf)

5.- APLICACIONES DE LA EVAPOTRANSPIRACIN

Determinar el rea que puede regarse con un determinado volumen de agua disponible. Elaborar calendarios tericos de riego para cultivos. Estimar los volmenes de agua que sean necesarios para auxiliar a los cultivos, en caso de que la lluvia sea insuficiente. Determinar en grandes reas o cuencas, volmenes de agua que se requieren drenar. Para seleccionar los cultivos ms adecuados en zonas de agricultura de temporal. Calcular la lmina adicional de riego necesaria para la prevencin de problemas de ensalitramiento de los suelos.

(https://www.idwr.idaho.gov/GeographicInfo/Landsat/PDFs/mapping_et_using_metric.pdf)

6.-MTODOS PARA EL CLCULO DE LA ETo

Un gran nmero de frmulas de evapotranspiracin se desarroll desde 1942 hasta 2005 para calcular los usos del agua de los cultivos que comienzan con el desarrollo de la frmula de Blaney - Criddle y terminando con la ecuacin Penman-Monteith que se convirtieron en la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) ecuacin estandarizado Referencia ET.

(http://www.journalofserviceclimatology.org/articles/2011/Sammis.A.11-working2A.pdf)A.- MTODO DE PENMAN LA ECUACIN DE PENMAN-MONTEITHLa ecuacin resultante se llama ahora la ecuacin de Penman-Monteith, que puede expresarse de valores diarios como

... [8]

donde a es la densidad del aire en kg m-3, Cp es el calor especfico del aire seco [~ 1.013 x 3.10 MJ kg-1 C-1], es0 es la presin de vapor saturado en kPa calcula como la media entre el eo mnima diaria y la temperatura mxima del aire en C, rav es la superficie de la resistencia aerodinmica mayor de vapor de agua en s m-1, ea es la presin de vapor ambiente media diaria en kPa, y rs es la resistencia de la superficie del dosel en s m-1. La ecuacin de Penman-Monteith representa la superficie de evaporacin como una sola "hoja grande" (Raupach y Finnigan, 1988) con dos parmetros - uno de los cuales est determinado por la fsica de la atmsfera (rav) slo ligeramente influenciada por la arquitectura dosel del cultivo mientras que el otro uno (rs) depende del comportamiento biolgico de la superficie cubierta de los cultivos y se relaciona con ambos parmetros especficos de cultivo (atenuacin de la luz, resistencias hoja estomas, etc.) y los parmetros ambientales (irradiancia, dficit de presin de vapor, etc.). La resistencia aerodinmica de vapor de agua se puede estimar de la siguiente (Allen et al, 1989; y Jensen et al., 1990) como

... [9]

donde zw es la altura medida de la velocidad del viento en m, zom es la longitud de rugosidad impulso en m, zr es la altura medida de la humedad relativa en m, y Zov es la longitud de rugosidad de vapor en m. Los parmetros aerodinmicos del dosel del cultivo se estiman de la siguiente manera

... [10, 11, y 12] FAO-56 PENMAN-MONTEITH ECUACINse deriva la ecuacin de Penman-Monteith FAO-56 usando la resistencia superficial mayor fija (70 m s-1) y la resistencia aerodinmica de vapor simplificado a una funcin inversa de la velocidad del viento (rav = 208 / Uz), como

... [13]

donde ETo es la tasa de evapotranspiracin del cultivo de referencia hipottico en mm d-1, T es la temperatura media del aire en C, y U2 es la velocidad del viento en m s-1 a 2 m por encima del suelo [y RH o punto de roco y la temperatura del aire son supone que se mide a 2 m por encima del suelo, tambin].

http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/17/1331/2013/hess-17-1331-2013.pdfhttp://www.cprl.ars.usda.gov/pdfs/pm%20colo%20bar%202004%20corrected%209apr04.pdf

B.- MTODO DE THORNTHWAITEEl mtodo Thornthwaite fue desarrollado a partir de datos de precipitacin y escorrenta en varias cuencas de drenaje. El resultado es bsicamente una relacin emprica entre la evapotranspiracin potencial y la media de la temperatura del aire. A pesar de la simplicidad inherente y las limitaciones obvias del mtodo, lo hace sorprendentemente bien. No es necesariamente el mtodo ms preciso, ni tampoco tiene la base terica slida. Por el contrario, estas distinciones probablemente pertenecen a uno de los mtodos de flujo de equilibrio vapor o calor. Entre las deficiencias ms evidentes de la relacin emprica de Thornthwaite es la suposicin inherente que existe una alta correlacin entre la temperatura media y algunos de los otros parmetros pertinentes, tales como la radiacin, la humedad atmosfrica, y el viento.La frmula emprica de Thornthwaite se puede utilizar para cualquier ubicacin en la que se registran las temperaturas mximas y mnimas diarias. Es esta aplicabilidad universal sencilla en lugar de cualquier pretensin de una precisin excepcional, que ha llevado al uso generalizado de este mtodo.

(http://pluto2000.com/onlinethornthwaitereference.pdf)

FORMULA DE THORNTHWAITE

El mtodo de estimacin de la evapotranspiracin potencial a partir de datos climatolgicos desarrollados por Thornthwaite (1948) se deriv del presupuesto de agua para las cuencas naturales y de experimentos controlados en el hmedo noreste de Estados Unidos. Se deriva de la siguiente ecuacin general para la estimacin de la evapotranspiracin potencial.

Donde:= evapotranspiracin potencial sin ajustar, en centmetros, de un mes de 30 das;T= temperatura media mensual del aire, en grados centgrados;I=ndice de calor; y = funcin cbica de I

Para estimar la evapotranspiracin potencial por este mtodo, la temperatura media mensual en el sitio y la latitud del lugar debe ser conocida.

PROCESO DE RESOLUCIN

-1 PASO: calcular el ndice de calor mensual. Thornthwaite (1948) da una tabla de valores mensuales de calor en ndices correspondientes a la temperatura media mensual. La suma de los 12 valores mensuales da el ndice de calor (Ver tabla). De otro modo se puede resolver el ndice de calor mensual i a partir de la temperatura mensual (C) por la siguiente formulai=

-2 PASO: El paso siguiente es calcular el ndice de calor(o ndice de calor anual), I sumando los 12 valores de i.

-3 PASO: El siguiente paso es determinar los valores mensuales ajustados de la evapotranspiracin potencial; calcular por la formula general:

Donde

-4 PASO: Por ltimo se puede realizar la correccin para el N de das del mes y N de horas de sol

-5 PASO: Tambin se pueden ajustar los valores mensuales de evapotranspiracin potencial no ajustados a posibles horas de sol, en unidades de 30 das de 12 horas cada uno.

(http://pubs.usgs.gov/wsp/1839m/report.pdf)

C.- MTODO DE BLANEY-CLIDDLE

Al considerar el tiempo real, las necesidades de datos histricos y futuras de cada mtodo de estimacin de la nica alternativa disponible para la operacin de uso consuntivo es un mtodo de la temperatura. El mtodo Blaney -Criddle, fue desarrollado originalmente para calcular ET sobre una base mensual, pero se puede modificar para estimar valores diarios de ET con la temperatura media diaria.

(http://www.nws.noaa.gov/oh/hrl/nwsrfs/users_manual/part2/_pdf/24consuse_et.pdf)

El mtodo de Blaney - Criddle es simple, utilizando los datos de medicin en una nica temperatura. Cabe sealar, sin embargo, que este mtodo no es muy preciso; proporciona una estimacin aproximada u " orden de magnitud " solamente. Se consideran este mtodo y el de Thornthwaite para estar entre los mtodos de temperatura ms pobres. En zonas de mucho viento, secas y soleadas, la referencia ET se subestima. En las zonas tranquilas y hmedos, nublados, la referencia ET se sobreestima

(http://www.sjrwmd.com/technicalreports/pdfs/SP/SJ2001-SP8.pdf)

FORMULA DE BLANEY-CLIDDLE

La frmula de Blaney - Criddle publicado originalmente inclua un parmetro de humedad relativa Pero debido a la falta de datos de humedad relativa en todo el oeste de Estados Unidos, una frmula simplificada excluyendo el parmetro de humedad fue publicada en 1950, donde fue el uso consuntivo de agua mensual o estacional (Et) de un cultivo, en pulgadas:

El factor de utilizacin del agua de consumo mensual (F) es la temperatura media mensual (T) en grados Fahrenheit por el porcentaje mensual de las horas del da (p), dividido por 100. El kc coeficiente de cultivo es un factor estacional emprica que relaciona el uso estacional de agua de la planta de cultivo especfico para el factor de uso del agua de consumo estacional total generado en condiciones experimentales donde kc puede calcularse a partir medido F y Et . La frmula se puede aplicar sobre una base mensual mediante el clculo de F para cada mes y su reduccin por un kc mensual, que depende de la tasa de desarrollo de crecimiento del cultivo. En consecuencia, la frmula de Blaney - Criddle aplica tanto a los clculos estacionales y mensuales de consumo de uso de agua.

En 1970, el Servicio de Conservacin de Suelos del USDA (USDA SCS 1970) ampli el trmino de la temperatura del aire para dar cuenta de las diferentes tasas de desarrollo en diferentes climas :

Donde:

kc es un coeficiente mensual etapa de crecimiento del cultivo y kt es un coeficiente climtica relacionada con la temperatura del aire mensual media ( t ):

Donde:

kt = 0.0173t - 0,314 , con un valor mnimo de 0.300 . ( 4 )

La temperatura es de nuevo en grados Fahrenheit y Et en pulgadas. El desarrollo del cultivo y los coeficientes mensuales etapa de crecimiento del cultivo son diferentes en diferentes condiciones climticas y la tasa de desarrollo se relaciona con la progresin estacional, medida por la creciente das grado que se han producido desde la siembra ( Sammis et al. 1985 ) .

http://www.journalofserviceclimatology.org/articles/2011/Sammis.A.11-working2A.pdf

D.- MTODO DE TURC

Un mtodo emprico fue desarrollado por Turc para estimar la evapotranspiracin a escala regional. Se desarrollaron dos ecuaciones; uno para uso anual y otra para calcular la evapotranspiracin por un perodo de diez das. Estas ecuaciones requieren mediciones de temperatura, precipitacin, radiacin y una estimacin de rendimiento de los cultivos. FORMULA DE TURC

ECUACIN ANUAL:

Donde: E y P son la evaporacin y la precipitacin, respectivamente, en unidades de mm. L(t)=es una funcin de la temperatura.

Donde: t = temperatura media anual del aire en grados Chttp://www.usask.ca/hydrology/papers/Martin_Gray_.pdf

ECUACIN MENSUAL:Turc desarroll una ecuacin para el clculo de la evapotranspiracin potencial mensual como una funcin de la temperatura del aire , humedad relativa y la radiacin solar .El mtodo de turc se compone de dos ecuaciones , ambas para ser utilizadas dependen de la humedad relativa ( RH) del aire.

Donde:K es una constante igual a 0.40 para meses de 30 y 31 y 0.37 para el mes de febrero.ETo: es la evapotranspiracin de referencia (cal * cm - 2 * da - 1); Tm es la temperatura media diaria del aire (c); Rs es la radiacin solar de onda corta entrante (mm * da - 1) y RH es la humedad relativa (%).

http://www.ewra.net/ew/pdf/EW_2008_21-22_02.pdf

E.- MTODO DE CHRISTIANSEN

En la actualidad, un gran nmero de pases, no cuentan con lismetros para la medicin de la evapotranspiracin debido a los altos costos de implementacin y operacin que estos implican. En estos casos la estimacin de la PET se debe realizar por medio de metodologas empricas que un gran nmero de autores han propuesto desde hace aproximadamente 60 aos y que hoy en da siguen siendo utilizadas. Desde las primeras definiciones, el concepto de evapotranspiracin ha estado siempre vinculado a una expresin matemtica que comprende diferentes variables climatolgicas que intervienen en dicho proceso. Los mtodos para la estimacin de la PET se pueden clasificar de acuerdo con la informacin climatolgica requerida para emplear su respectiva ecuacin.

MODELO CHRISTIANSEN PARA LA ESTIMACIN DE LA EVAPOTRANSPIRACIN POTENCIAL.

Se trata de una frmula emprica que tiene en cuenta la radiacin solar, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura, insolacin y elevacin para la estimacin de la evapotranspiracin potencial en mm/mes. La ecuacin de Christiansen presenta la siguiente forma:

Dnde: PET (C), evapotranspiracin potencial (en mm / da)

es la radiacin extraterrestre tomada en la parte superior de la atmsfera y expresada en mm/da.

es el coeficiente de temperatura y se calcula con la siguiente ecuacion:

,

opcin por defecto , es la temperatura media mensual del aire expresada en

El coeficiente de viento se calcula segun la siguiente expresion:

,

Opcin por defecto ; w es la velocidad media mensual del viento a 2.0 m de altura sobre el suelo, expresada en km/h. Para obtener la velocidad del viento a 2.0 m con base en mediciones realizadas a diferentes alturas, se utiliza la ley exponencial de Hellmann segn la cual la velocidad del viento calculada a una altura deseada z, se expresa segn la Ecuacin 11.

Donde z es la distancia desde el suelo en metros a la cual se quiere calcular la velocidad del viento, h es la altura de la medicin de la velocidad del viento (en metros), es la velocidad del viento medida a la altura h y es un exponente en funcin de la rugosidad de la superficie que frecuentemente se toma como 1/7 para terrenos abiertos (Bauelos, ngeles, Serrano, & Mucio, 2008)

El coeficiente de humedad relativa se define con la Ecuacin

,

Opcin por defecto ; Donde H es la humedad relativa media mensual (en decimales)

El coeficiente de brillo solar depende de la insolacin (S) y se define con la Ecuacin:

,

Opcin por defecto ;

es el coeficiente de elevacion y se define con la siguiente expresion:

Opcin por defecto ; Donde e es la elevacion promedio de la zona de estudio en msnm.

http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ingenieria/tesis369.pdf

http://wwwsst.ums.edu.my/data/file/Yu2o19X039xB.pdf

F.- MTODO DE HARGREAVES

Hargreaves , utilizando datos de hierba de evapotranspiracin de un lismetro de precisin , durante un perodo de ocho aos , se observan , a travs de regresiones , que el 94 % de la varianza en medida ET puede explicarse a travs de la temperatura media y la radiacin solar global , Rs . Como resultado, en 1975, public una ecuacin para predecir la ETo basado slo en estos dos parmetros

Donde Rs es en unidades de evaporacin del agua, en mm da - 1 , y T en C.

https://www.repository.utl.pt/bitstream/10400.5/4250/1/REP-J.L.Teixeira-InTech-Hargreaves_and_other_reduced_set_methods_for_calculating_evapotranspiration.pdf

FORMULA DE HARGREAVES

Finalmente para las condiciones de las plantas y que requiere temperatura y mediciones de la radiacin solar, es la siguiente:

Donde: La temperatura media del aire por el mtodo de Hargreaves se calcula mediante un promedio de y ,se calcula a partir de la informacin sobre el sitio (latitud) y el da del ao.

El modelo de Hargreaves es un modelo ms simple que requiere slo dos parmetros climticos, la temperatura y la radiacin incidente.

http://www.wseas.us/e-library/transactions/environment/2009/31-286.pdf

G.- ULTIMOS MTODOS

METODO DE RADIACIONEste mtodo considera la radiacin llega a la tierra como la mayor contribucin o el factor de influencia para la evapotranspiracin. La FAO recomienda:

Donde:

W = La temperatura y dependiente de la altitud factor de weightage. C = Factor de ajuste hecho grficamente en W.http://www.wseas.us/e-library/transactions/environment/2009/31-286.pdf

LA FRMULA MAKKINK

Esta es otra frmula de combinacin simplificada de la ecuacin original Penman; no tiene en cuenta el componente aerodinmico y sustituye al saldo neto de radiacin solar de onda corta con entrante radiacin (Rs). La ecuacin es

Donde:

http://www.ewra.net/ew/pdf/EW_2008_21-22_02.pdf

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