INGEN
EVAPOTRANSPIRACION HIDROLOGIA
ABANTO CABELLOS, DAVID ALVA SAGASTEGUI, LUIS CALUA BRINGAS, HEINER ISPILCO INFANTE, JOSUE
INGENIERÍA CIVIL
INTRODUCCIÓN
La “EVAPOTRANSPIRACIÓN” como parte del curso de HIDROLOGÍA que se dicta a los alumnos de Ingeniería Ciil! con el prop"sito de #acilitar al alumno el conocimiento $ estudio en tal disciplina% &na gran parte del agua que llega a la tierra! uele a la atm"s#era en #orma de apor! 'eaporaci"n(! o a tra)s de las plantas 'transpiraci"n(* dada la di#icultad de medir por separado am+os #en"menos! se de#ine la eapotranspiraci"n% La in#luencia de estos #en"menos so+re el ciclo ,idrol"gico es mu$ importante* en promedio! m-s del ./0 de la precipitaci"n que llega a la tierra es deuelta a la atm"s#era por eapotranspiraci"n! alcan1ando este porcenta2e en algunos lugares ,asta el 3/0%
______________________ __________________________________ _______________________ _______________________ _______________________ _____________ __ HIDROLOGÍA 4
INGENIERÍA CIVIL
1.
OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL Inestigar $ e5plicar los procesos #ísicos de eaporaci"n $ eapotranspiraci"n%
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS De#inir el proceso de la eapotranspiraci"n% E5plicar los #actores que controlan la eapotranspiraci"n% Dar a conocer los di#erentes m)todos e instrumentos para la medici"n de la eapotranspiraci"n% Conceptuali1ar el proceso de la eapotranspiraci"n%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6
INGENIERÍA CIVIL
2.
JUSTIFICACIÓN Este tra+a2o lo reali1amos como muestra del aprendi1a2e $ desarrollo pr-ctico del curso* el cual! nos a$udar- a conocer todo lo que respecta a los procesos de Eapotranspiraci"n aplicados a la ingeniería ciil%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 7
INGENIERÍA CIVIL
3. MARCO TEÓRICO
EVAPORACIÓN 3.1. Definii!n 8roceso #ísico por el cual el agua cam+ia de estado líquido a gaseoso! retornando directamente a la atm"s#era en #orma de apor! a partir de super#icies de agua li+re como oc)anos! lagos $ ríos! de 1onas pantanosas! del suelo! $ de la egetaci"n ,9meda% Los #en"menos de eaporaci"n interienen en el ciclo ,idrol"gico desde el momento en que las precipitaciones llegan a la super#icie del suelo% En #in! el agua que impregna las capas super#iciales del terreno! procede de las lluias recientes! in#iltradas en peque:a pro#undidad o su+e por capilaridad de la capa #re-tica! constitu$e directamente por intermedio de la co+ertura egetal una #uente importante para la eaporaci"n%
3.2. F"#$%e& '(e $n#%$)"n )" E*"+$%"i!n La tasa de eaporaci"n aría dependiendo de los #actores meteorol"gicos $ #actores geogr-#icos 'naturale1a de la super#icie eaporante(%
3.2.1. F"#$%e& Me#e$%$)!,i$& • • • •
Radiaci"n solar ;emperatura del aire Viento 8resi"n atmos#)rica
De todos los #actores que interienen en la eaporaci"n! la radiaci"n solar es el m-s importante! la eaporaci"n aria con la latitud! )poca del a:o! ,ora del día $ condiciones de nu+osidad%
3.2.1.1.
R"-i"i!n &$)"%
3.2.1.2.
Te+e%"#(%" -e) "i%e
El papel de la temperatura del aire es do+le porque aumenta la energía cin)tica de las mol)culas $ disminu$e la tensi"n super#icial que trata de retenerlas%
3.2.1.3.
Vien#$
La elocidad del iento ser- necesaria para remoer $ me1clar las capas ,9medas in#eriores con las superiores de menor contenido de ,umedad% ______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA =
INGENIERÍA CIVIL
3.2.1./. P%e&i!n A#$&f0%i" La eaporaci"n aumenta! al disminuir la presi"n atmos#)rica! manteniendo constantes los dem-s #actores% >in em+argo! se ,a o+serado que al aumentar la altitud! decrece la eaporaci"n% Es di#ícil de ealuar el e#ecto relatio de cada uno de los #actores meteorol"gicos mencionados que controlan la eaporaci"n! cualquier conclusi"n de+e estar limitada en t)rminos del periodo de tiempo considerado%
3.2.2. F"#$%e& Ge$,%fi$& n"#(%")e" -e )" &(+e%fiie e*"+$%"n#e4 • • • • •
Volumen de agua Calidad del agua >uper#icie li+re del agua Hielo! niee! otros >uelos
3.2.2.1.
P%$f(n-i-"- -e) *$)(en -e ",(".
Los lagos o em+alses pro#undos tienen ma$or capacidad de almacenamiento de calor que los almacenamientos someros! este ,ec,o tiene una in#luencia notoria en las ariaciones estacionales $ aun en la #luctuaci"n diaria de la eaporaci"n%
3.2.2.2.
C")i-"- -e) ",("
El e#ecto de la salinidad o la presencia de s"lidos disueltos en el agua! reducen la tensi"n de apor de la soluci"n! $ con ello disminu$e la eaporaci"n% 8or e2emplo en el agua de mar! la eaporaci"n es del orden de 6 0 menor que en el agua dulce! entonces los e#ectos de la salinidad pueden despreciarse en la estimaci"n de la eaporaci"n de un em+alse%
3.2.2.3.
T""5$ -e )" &(+e%fiie )i6%e
En la
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA ?
INGENIERÍA CIVIL
En la
3.2.2./.
E*"+$%"i!n -e nie*e 7 8ie)$
La eaporaci"n a partir de la niee $ del ,ielo es un #en"meno a9n poco estudiado% >e sa+e 9nicamente que la eaporaci"n a partir de la niee aumenta cuanto ma$or contenido tenga en #ase líquida! de allí que las eaporaciones sean ma$ores poco antes de los des,ielos%
3.2.2.9.
E*"+$%"i!n -e&-e )$& &(e)$&
La ta1a de eaporaci"n desde un suelo saturado es apro5imadamente igual a la eaporaci"n desde una super#icie de agua cercana! a la misma temperatura% Al comen1ar a secarse el suelo la eaporaci"n disminu$e! $ #inalmente cesa porque no e5iste un mecanismo que transporte el agua desde una pro#undidad aprecia+le%
3.3. P%$e&$ -e )" e*"+$%"i!n Considerando la eaporaci"n desde una super#icie de agua 'lagos! ríos! etc%( como la #orma m-s simple del proceso! )ste puede esquemati1arse como sigue@ Las mol)culas de agua est-n en continuo moimiento% Cuando llegan a la super#icie del líquido aumentan su temperatura por e#ecto de la radiaci"n solar! $ en consecuencia su elocidad! creciendo por tanto su energía cin)tica ,asta que algunas consiguen li+erarse de la atracci"n de las mol)culas ad$acentes $ atraesar la inter#ace líquidogas conirti)ndose en apor% De esta manera! la capa de aire inmediatamente por encima de la super#icie se satura de ,umedad% >imult-neamente a la eaporaci"n se desarrolla tam+i)n el proceso inerso por el cual las mol)culas se condensan $ uelen al estado líquido% La di#erencia entre la cantidad de mol)culas que a+andonan el líquido $ la cantidad de mol)culas que uelen a )l marca el car-cter glo+al del #en"meno% >i )sta es positia se produce eaporaci"n! si es negatia! condensaci"n%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA B
INGENIERÍA CIVIL
3./. Me-ii!n -e )" E*"+$%"i!n Con el #in de ,omogenei1ar las medidas de las magnitudes que interienen en el ciclo ,idrol"gico! la eaporaci"n se mide en milímetros 8or lo general se acompa:a el periodo de tiempo considerado en mmdía! mmmes! etc% Ca+e o+serar que el adoptar como unidad de medida el mm es mu$ signi#icatio! pues indica que la eaporaci"n es un #en"meno de super#icie% Así por e2emplo! ser- menor la eaporaci"n de un em+alse de peque:a super#icie $ mu$ pro#undo! que aqu)lla correspondiente a uno de gran super#icie $ escasa pro#undidad! aunque el olumen de agua almacenada en am+os sea el mismo% 8ara reali1ar la medici"n de la eaporaci"n se tienen los siguientes m)todos@ • • •
)todos instrumentales ';anques de Eaporaci"n $ eaporímetros( )todos te"ricos 'alances Hídricos(
3./.1. T"n'(e& -e E*"+$%"i!n &no de los instrumentos m-s empleados para la medici"n de la eaporaci"n estconstituido por tanques! tienen como principio com9n la medida del agua perdida por eaporaci"n contenida en un dep"sito de regulares dimensiones% Generalmente son #a+ricados de ,ierro galani1ado! 1inc o co+re! di#erenci-ndose los distintos modelos entre sí! por su tama:o! #orma $ u+icaci"n en el terreno% Los dep"sitos o tanques de eaporaci"n pueden ser de tres tipos@ e5teriores! 'colocados so+re la super#icie del suelo( enterrados #lotantes! 'para e#ectuar mediciones en grandes masas líquidas! em+alses $ lagos(%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA .
INGENIERÍA CIVIL
3./.1.1. T"n'(e& e:#e%i$%e& Consiste en un dep"sito cilíndrico construido con c,apa de ,ierro galani1ado N 66! sin pintar! con un di-metro interior de 4!66 m $ 6?!= cm% de altura% El #ondo estsoldado interiormente $ de+e ser plano% La c,apa que #orma la pared lateral del cilindro no tiene costura! para eitar #iltraciones! $ el +orde superior est- re#or1ado con un aro de ,ierro galani1ado de 6!? cm% de alto $ /!6? cm% de espesor%
>e lo instala so+re una +ase construida con tirantes de madera dura! en #orma de enre2ado! de modo que su #ondo quede a unos 4? cm% del suelo! a e#ectos que el aire pueda circular li+remente +a2o el tanque% Con el o+2eto de uni#ormar las instalaciones se sigue el criterio de colocarlo en un lugar e5puesto a la m-5ima insolaci"n posi+le% El niel del agua dentro del tanque de+e llegar ,asta ? cm% de su +orde superior $ se agregar- o e5traer- agua cuando la ariaci"n del niel! en un sentido u otro! sea superior a 6!? cm%
3./.1.2.
T"n'(e& en#e%%"-$&
>on menos sensi+les a las in#luencias de la temperatura am+iente $ de la radiaci"n solar so+re las paredes! pero aunque su +orde so+repasa el niel del suelo en alrededor de una docena de centímetros! las gotas de lluia que re+otan en el suelo así como los detritos que recogen! pueden causar errores de medida% >on de instalaci"n $ mantenimiento m-s delicados $ la altura de la egetaci"n en su ecindad inmediata! in#lu$e en el alor de las mediciones% De+en ser reisados peri"dicamente a los e#ectos de eri#icar que no e5istan #ugas! que #alsearían las lecturas% Los tipos de tanques enterrados m-s conocidos son@ a( ;anque tipo Constructiamente re9ne las mismas condiciones del tipo A% >u di-metro interior es de 4!63 m $ su altura de /!B4 m% >e instala enterr-ndolo de modo que su +orde so+resalga 4/ cm del terreno! con#ormando al mismo alrededor del tanque con un peque:o talud de pendiente apro5imada del ?0% De+e llenarse con agua ,asta 4/ cm de su +orde o sea ,asta el niel del terreno e5terior circundante! $ se le agregar- o e5traer- agua cuando la ariaci"n del niel era un sentido u otro sea superior a 6%? cm% +( ;anque enterrado colorado
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA
INGENIERÍA CIVIL ;iene #orma paralelepip)dica con secci"n recta cuadrada de /!34= m de lado $ /!=B6 m de altura% 8ara instalarlo se lo entierra en el terreno de manera que sus aristas superiores queden a 4/ cm so+re la super#icie de aqu)l% El niel de agua en el tanque es mantenido enrasando apro5imadamente con el terreno ad$acente%
3./.1.3.
T"n'(e& f)$#"n#e&
Los tanques o eaporímetro #lotante es m-s utili1ado por el >ericio Geol"gico de los EE%&&%! es de secci"n circular! con un -rea de /!6 m6 '7 pies cuadrados( $ =?!. cm '4 pulgadas( de pro#undidad% Est- soportado por rodillos #lotantes en el centro de una +alsa de =!6/ 5 =!/ metros% El niel del agua en el tanque es el mismo que el del agua circundante% 8osee adem-s! de#lectores diagonales para reducir el e#ecto de las olas% Este tipo de tanques son para estudiar la eaporaci"n de grandes super#icies de agua% >u instalaci"n suele ser di#ícil por los pro+lemas de amarre $ esta+ilidad* adem-s! las mediciones! aparte de ser muc,o menos c"modas que en tierra pueden erse #alseadas! so+re todo en días de ientos #uertes! por el agua introducida en el tanque por el olea2e o la ertida #uera de aqu)l +a2o la acci"n de los moimientos de +alanceo%
3./.1./.
M0#$-$& -e e-ii!n en )$& #"n'(e&
8ara la medici"n del agua eaporada en los tanques! se reali1a con #recuencia de una medici"n por día! a igual ,ora! e5isten dos m)todos@ )todo olum)trico! consiste en medir los ol9menes de agua que es preciso a:adir 'o eentualmente e5traer( peri"dicamente al tanque para reponer en )ste el niel inicial o de re#erencia! el que se o+tiene ,aciendo que el agua del dep"sito enrase con la punta met-lica de un -stago! soldado al #ondo o a la pared del tanque% edida de los nieles de agua! consiste en medir la di#erencia de la eaporaci"n producida en el tiempo transcurrido entre las mediciones '6= ,rs%(% En este caso! el niel puede determinarse mediante un tornillo medidor! que consiste en un -stago roscado $ graduado que termina en un ganc,o semicircular de punta a#ilada 'dirigida en consecuencia ,acia arri+a(! la que se enrasa con el niel del agua%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 3
INGENIERÍA CIVIL
3./.1.9.
In&#%(en#") $+)een#"%i$
La eaporaci"n depende de las condiciones atmos#)ricas! por lo tanto en cada empla1amiento de+en recogerse en #orma simult-nea datos meteorol"gicos! principalmente la elocidad media del iento! temperatura del aire! temperatura de la super#icie del agua! ,umedad del aire $ precipitaci"n 'Cuadro 4(% 8ara medir la temperatura del agua del tanque! se utili1an term"metros comunes graduados en grados centígrados% El term"metro se lo coloca so+re un #lotador de madera o pl-stico leemente inclinados! de modo que la parte superior del +ul+o quede a 7 " = mm% por de+a2o de la super#icie del agua $ proisto de un separador que eita su contacto con las paredes del tanque% La lectura se reali1a en #orma directa! sin sacarlo del agua% Cuadro 4% Equipamiento de una estaci"n eaporim)trica
3./.2. E*"+$%;e#%$& 3./.2.1.
Eaporímetros de +alan1a 'odelo ild(
Consiste en un peque:o dep"sito cilíndrico de 6// cm6 de secci"n $ 7? mm de pro#undidad! lleno de agua e instalado so+re una +alan1a del antiguo tipo pesacartas '
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4/
INGENIERÍA CIVIL
3./.2.2. Eaporímetro tipo Liingstone 8resentan al aire! una es#era porosa ,ueca 'tipo Liingstone( o un disco 'tipo ellani(! de porcelana porosa! con agua destilada en su parte interior $ en comunicaci"n con un recipiente que asegura la reposici"n del líquido! a$udado por la presi"n atmos#)rica '
3./.2.3.
Eaporímetro de 8ic,)
Est- #ormado por un tu+o de idrio! cu$as dimensiones arían seg9n los modelos 'de 4 a 4!6= cm de di-metro interior $ de 4 a 6.!? cm de largo(! graduado en mm! a+ierto por el e5tremo in#erior! que se cu+re con un disco de papel de #iltro de tama:o determinado 'generalmente 7 cm de di-metro $ /!? mm de espesor(! su2eto por una pin1a $ un resorte '
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 44
INGENIERÍA CIVIL
3./.3. B")"ne <;-%i$ 0#$-$ #e!%i$4
La medida directa de la eaporaci"n en el campo no es posi+le! en el sentido en que se puede medir la pro#undidad de un rio! la precipitaci"n! etc% De+ido a esto se ,an desarrollado una serie de t)cnicas para estimar la eaporaci"n desde la super#icie de un em+alse% El m)todo del +alance ,ídrico consiste en escri+ir la ecuaci"n de +alance ,ídrico en t)rminos de ol9menes@ Ev =( S1− S2 ) + I + P−O − Og
D"nde@ E M Eaporaci"n > M Almacenamiento I M Caudal de Entrada 8 M 8recipitaci"n O M Caudal de >alida Og M In#iltraci"n >u+super#icial
En teoría el m)todo es mu$ simple! pero en la pr-ctica rara e1 da resultados con#ia+les% La ra1"n est- en que los errores en la medici"n de los ol9menes que interienen $ de los almacenamientos repercuten directamente en el c-lculo de la eaporaci"n% De todos los t)rminos que entran en la ecuaci"n! el m-s di#ícil de ealuar es la in#iltraci"n 'Og(! porque de+e ser estimada indirectamente a partir de nieles de agua su+terr-nea! permea+ilidad! etc%
3././. F$%()"& E+;%i"& &(+e%fiie& -e ",(" )i6%e4 uc,as e5presiones empíricas se ,an desarrollado para estimar la eaporaci"n desde super#icies de agua li+re! relacion-ndola con algunos #actores que in#lu$en en el #en"meno! englo+ando los dem-s en coe#icientes empíricos 'constantes para cada ______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 46
INGENIERÍA CIVIL lugar(! que de+en a2ustarse seg9n las medidas e5perimentales o+tenidas% La ma$or parte de las #"rmulas empíricas que se ,an propuesto se +asan en el planteamiento apro5imado de la le$ de Dalton ' Ev =k ( e s−e a ) ( E5iste una gran cantidad de #"rmulas de este tipo! pero todas ellas son mu$ similares! por lo que en este apartado se mencionaran solamente algunas%
3././.1.
F!%()" -e Me7e%
8ropuesta en el a:o 434?! no toma en cuenta la disponi+ilidad energ)tica@ Em =C ( e s−e a)
[
1
+
V w 16.09
]
D"nde@ E m
M Eaporaci"n mensual en cm%
es
M 8resi"n de apor de saturaci"n media mensual en pulgadas de mercurio
ea
M 8resi"n de apor media mensual en pulgadas de mercurio%
V m
M Velocidad media mensual del iento! medida a 4/ m de la super#icie! en
m,% C M Coe#iciente empírico! cu$o alor puede tomarse como de 7 para dep"sitos peque:os $ eaporímetros $ de 6 para grandes dep"sitos% ea
$ e s se determinan con +ase en la temperatura $ la ,umedad relatia medias mensuales $ con a$uda de la
Fi,(%" =. Gr-#ica para determinar la presi"n de a or%
3././.2.
F!%()" -e Fi#,e%")-
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 47
INGENIERÍA CIVIL e s−e a
(
Ev =( 0.4 + 0.449∗V o )∗¿
3././.3.
F!%()" -e R$8>e% Ev =0.497 ∗( 1−0.0005 ∗ P )∗( 1 + 0.6∗V o )∗(e s− ea )
3./././.
F!%()" -e L(,e$n F%"ni"4 0.398
Ev =
3././.9.
∗d∗273 + t ∗760 273
P − e s
∗(e s− e a)
F!%()" -e )$& &e%*ii$&
En las e5presiones anteriores de las #ormulas empíricas! las notaciones empleadas son@ E M eaporaci"n diaria! en mm% es M tensi"n de apor saturante para la temperatura super#icial del agua! mmHg% ea M tensi"n de apor en el aire! en mmHg% V 2
M elocidad del iento a 6 m de altura
V o
M elocidad del iento so+re la super#icie del agua d M n9mero de días del mes t M temperatura media mensual de las m-5imas diarias! en C Pat M presi"n atmos#)rica! en mmHg Ca+e tener presente que e s ! e a ! V $ 8 son alores medios diarios cuando se calcula E $ medios mensuales si se calcula Evm % ;odas estas #"rmulas tienen alide1 local o regional% >e de+er- precisar el alor de los coe#icientes que ellas contienen por medio de o+seraciones locales%
3././.=.
N$$,%"" -e Pen"n
En 43= 8enman propuso dos #ormas de calcular la eaporaci"n diaria 'Eo( en mm%! a partir de una super#icie li+re de agua% La primera de ellas es mediante el uso de un
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4=
INGENIERÍA CIVIL nomograma $ segunda mediante un +alance energ)tico% 8ara el uso del nomograma se requiere la siguiente in#ormaci"n@ t M temperatura media del aire% , M ,umedad relatia media u6 M elocidad media del iento a 6m de altura! en mseg% nD M duraci"n relatia de insolaci"n n M duraci"n de insolaci"n e#ectia D M duraci"n del día astron"mico 'desde la salida ,asta la puesta del sol( nD M / 'cielo completamente cu+ierto( nD M 4 'cielo completamente despe2ado( RA M alor de Angot% Es la cantidad de radiaci"n solar! en calorías por día en un plano ,ori1ontal de 4 cm6%! entrante en los límites e5teriores de la atm"s#era% Es una #unci"n de la posici"n geogr-#ica $ la )poca del a:o ';a+la 4(%
;a+la 4% Valores de A en CAL 'C6DIA(
En el nomograma se encuentra Eo como la suma de tres t)rminos@ Eo M E4 P E6 P E7
E@e+)$ 1. Aeriguar el alor de Eo para los siguientes datos@ t M 6/ C nD M /%= , M /%. RA M ??/ cal'cm6dia( u6 M ? ms E4 se lee en la primera parte del nomograma M 4%/ mmdía E6 se lee en la segunda parte del nomograma M P6%7 mmdía E7 se lee en la tercera parte del nomograma M P4% mmdía Luego@
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4?
INGENIERÍA CIVIL
Eo M 4%/ P 6%7 P 4%
Eo M E4 P E6 P E7 Eo M 7%4 mmdia
Fi,(%" . Nomograma de 8enman
/.
EVAPOTRANSPIRACIÓN
/.1. Definii!n ______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4B
INGENIERÍA CIVIL La Eapotranspiraci"n es la com+inaci"n de dos procesos independientes por los cuales se pierde agua! la eaporaci"n del agua de la super#icie del suelo $ la transpiraci"n del cultio! por consiguiente! todos los #actores que inciden en la eaporaci"n $ en la transpiraci"n! in#luir-n en la eapotranspiraci"n% El conocimiento de la eapotranspiraci"n o uso consuntio es un #actor determinante en el dise:o de los sistemas de riego! inclu$endo las o+ras de almacenamiento! conducci"n! distri+uci"n $ drena2e% Especialmente el olumen 9til de una presa para a+astecer a una 1ona de riego depende en gran medida del uso consuntio%
Fi,(%" /.1. 8roceso de eapotranspiraci"n%
/.2. F"#$%e& '(e inf)(7en )" e*"+$#%"n&+i%"i!n ET4 La E; es un #en"meno dependiente en +uena parte de las condiciones atmos#)ricas! del suelo $ de la egetaci"n%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4.
INGENIERÍA CIVIL Despu)s de una lluia o de un riego por aspersi"n! la inter#ace entre el sistema terreno planta $ la atm"s#era est- saturada! $ eidentemente la transpiraci"n $ la eaporaci"n est-n en el alor potencial! siendo entonces la eapotranspiraci"n #unci"n de muc,os #actores 'E; M #'c! s! ! #! g! Q((@ •
•
•
•
•
•
F"#$%e& )i"#$)!,i$& 4? radiaci"n! temperatura $ ,umedad del aire! elocidad del iento! etc% F"#$%e& e-fi$& &4? conducti+ilidad ,ídrica! espesor del estrato actio! calor super#icial! capacidad ,ídrica! rugosidad de la super#icie! etc% F"#$%e& -e )" +)"n#" *4? conducti+ilidad ,ídrica de los te2idos! estructura de la parte epigea! índice LAI! pro#undidad $ densidad del sistema radical! etc% F"#$%e& Fi#$#0ni$& f4? la+oreo del suelo! rotaci"n de cultios! orientaci"n de las líneas de siem+ra! densidad po+lacional! tipo e intensidad de la poda! etc% F"#$%e& ,e$,%fi$& ,4? e5tensi"n del -rea! ariaci"n de las características clim-ticas en el +orde del -rea considerada! etc% A,(" -i&+$ni6)e en )" in#e%f"e $n )" "#!&fe%" 4? cu$o origen es la lluia! el riego $o el aporte ,ídrico de la capa #re-tica%
/.3. Me-ii!n -e )" e*"+$#%"n&+i%"i!n Desde el punto de ista pr-ctico! dado que la eapotranspiraci"n depende! entre otros! de dos #actores mu$ aria+les $ di#íciles de medir! tales como el contenido de humedad del suelo $ el desarrollo vegetativo de la lanta! ;,ornt,aite introdu2o un nueo concepto! optimi1ando am+os #actores la evaotransiraci!n otencial Eto% /.3.1. E*"+$#%"n&+i%"i!n +$#eni") -e %efe%eni" E#$4.
La eapotranspiraci"n potencial de un cultio de re#erencia 'Eto( en mmdía! #ue de#inida por Doorem+os $ 8ruit '
/.3.2. E*"+$#%"n&+i%"i!n %e") E#%4 En la pr-ctica! los cultios se desarrollan en condiciones de ,umedad mu$ le2anas de las "ptimas% 8or este motio para calcular por e2emplo la demanda de riego se ,a de +asar en la eapotranspiraci"n real 'Etr(! la cual toma en consideraci"n al agua disponi+le en el suelo $ las condiciones am+ientales en las cuales se desarrolla un cultio determinado% La eapotranspiraci"n real de un cultio! en cierto momento de su ciclo egetatio! puede e5presarse como@ EtrMEtoSTcS, D"nde@ Eto M Eapotranspiraci"n potencial del cultio de re#erencia
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 4
INGENIERÍA CIVIL Tc M Coe#iciente de cultio T, M Coe#iciente de ,umedad del suelo El coe#iciente de cultio ! depende de las características anatomor#ol"gicas $ #isiol"gicas de la especie $ e5presa la ariaci"n de su capacidad para e5traer agua del suelo durante el ciclo egetatio% El coe#iciente de ,umedad 8 ! es una e5presi"n del mecanismo de transporte de agua a la atm"s#era a tra)s del suelo $ de la planta! que depende del grado de disponi+ilidad de agua! del gradiente de potencial ,ídrico entre el suelo $ la atm"s#era circundante $ de la capacidad de dic,o sistema para conducir agua%
/.3.3. E*"+$#%"n&+i%"i!n -e) ()#i*$ E#4 >e determina mediante el empleo de coe#icientes de cultio 'Tc( que corresponden a la relaci"n entre la eapotranspiraci"n del cultio de re#erencia 'E;o( $ la de una determinada especie cultiada! e5enta de en#ermedades! que crece en un campo e5tenso! en condiciones "ptimas de suelo! en el que se ,a llegado a un potencial de m-5ima producci"n 'iempre $ cuando el cultio en consideraci"n disponga de agua en a+undancia 'despu)s de un riego o de una lluia intensa( $ en condiciones de +uena aireaci"n del suelo! Etr equiale a Etc% La Etr nunca ser- ma$or que Etc% Al aumentar la tensi"n del agua en el suelo! disminu$e la capacidad de las plantas para o+tener el olumen de agua requerido al ritmo impuesto por las condiciones del am+iente% a2o estas condiciones disminu$e la transpiraci"n del cultio por lo tanto Etr es in#erior a Etc $ tam+i)n in#erior a Eto%
/./. Uni-"-e& -e Me-ii!n La unidad m-s usual para e5presar las p)rdidas por eapotranspiraci"n es el milímetro de altura de agua! que equiale a un olumen de 4/ m7,a%! re#eridos siempre a un determinado interalo de tiempo%
/.9. M0#$-$& +"%" e&#i"% )" E*"+$#%"n&+i%"i!n en (n" C(en" La eapotranspiraci"n en una cuenca es considerada como la eaporaci"n procedente de la super#icie del agua! el suelo! la niee! el ,ielo! la egetaci"n $ de otras super#icies! m-s la transpiraci"n% No es posi+le medir la eapotranspiraci"n directamente de una regi"n de dimensiones importantes en condiciones naturales% 8or esta ra1"n! la estimaci"n de la eapotranspiraci"n para períodos largos de tiempo se calcula utili1ando el m)todo del +alance ,ídrico $ para alores a corto pla1o mediante la utili1aci"n de relaciones empíricas% Los m)todos pueden clasi#icarse en m)todos directos e indirectos% Los m)todos directos proporcionan directamente el consumo total del agua requerida! utili1ando para ello
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 43
INGENIERÍA CIVIL aparatos e instrumentos de medici"n% En los m)todos indirectos se emplean #"rmulas empíricas%
/.9.1. M0#$-$& -i%e#$& Los #en"menos de eaporaci"n de los suelos est-n íntimamente ligados a los #en"menos de in#iltraci"n de las aguas de lluia $ de regadío! por lo que los estudios de am+os #en"menos son! a menudo! simult-neos% Adem-s! los procedimientos de medida de la eaporaci"n del suelo desnudo se aplican! igualmente! a la eaporaci"n de un suelo cu+ierto de egetaci"n! o sea! a la medida de la transpiraci"n de las plantas%
/.9.1.1.
E*"+$#%"n&+i%!e#%$&
La ecuaci"n #undamental del +alance ,ídrico puede escri+irse! si se aplica a un suelo cu+ierto con egetaci"n@ E;MAGU> D"nde@ A M Aportaciones o ingresos de agua G M >alidas o gastos de agua 'no de+idos a eapotranspiraci"n( U> M Incremento en la resera de agua del suelo utili1a+le por las plantas 'puede ser negatia(% De+e emplearse la misma unidad 'en mm( para medir todos los t)rminos% El eapotranspir"metro est- dise:ado para o+tener medidas directas de eapotranspiraci"n potencial a partir de la ecuaci"n%
Fi (%" /.2. Ea otrans ir"metro% Consiste en uno o m-s dep"sitos e5caados en el terreno $ rellenados con el producto de la e5caaci"n o con el per#il que se desea estudiar% En la super#icie se planta el egetal a considerar% El #ondo tiene un tu+o colector que recoge las salidas G $ las conduce a un dep"sito colector tam+i)n enterrado $ situado a niel in#erior! para poder medirlas%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6/
INGENIERÍA CIVIL Las aportaciones A! procedentes de la precipitaci"n se miden con un plui"metro! $ las aportaciones A6 arti#iciales de riego! se miden preiamente de modo que el t)rmino A M A! P A6 sea conocido% Consiste en uno o m-s dep"sitos e5caados en el terreno $ rellenados con el producto de la e5caaci"n o con el per#il que se desea estudiar% En la super#icie se planta el egetal a considerar% El #ondo tiene un tu+o colector que recoge las salidas G $ las conduce a un dep"sito colector tam+i)n enterrado $ situado a niel in#erior! para poder medirlas% Las aportaciones A! procedentes de la precipitaci"n se miden con un plui"metro! $ las aportaciones A6 arti#iciales de riego! se miden preiamente de modo que el t)rmino A M A! P A6 sea conocido% M /! con lo que la ecuaci"n =%4/ queda E; M A G! en la que A $ G son conocidas% El interalo de medidas es! por lo general! de un día% Las condiciones de u+icaci"n son similares a las e5igidas para los a+rigos meteorol"gicos $ el terreno circundante no de+e di#erir del situado en el interior! para que las medidas sean representatias de la 1ona% En regiones -ridas se presenta el pro+lema de adecci"n de calor desde 1onas ad$acentes 'e#ecto oasis( $ los alores o+tenidos para la eapotranspiraci"n potencial resultan m-s altos de los reales%
/.9.1.2.
Li&;e#%$&
Fi,(%" /.3. Lisímetro% &n lisímetro es un dep"sito enterrado! de planta generalmente rectangular '=%6?m54%3m( $ paredes erticales '6%=m(! a+iertas en su parte superior ' m6( $ relleno del terreno que se quiere estudiar! ,asta una decena de centímetros del +orde superior%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 64
INGENIERÍA CIVIL La super#icie del suelo est- así sometida a los agentes atmos#)ricos 'medidos en una estaci"n meteorol"gica pr"5ima( $ reci+e las precipitaciones naturales 'medidas por medio de un plui"metro(! $ eentualmente los aportes arti#iciales! de+idamente controlados% El suelo contenido en el lisímetro es drenado a un niel +ien determinado 'niel del #ondo de la cu+a o superior( $ el agua de drena2e es recogida $ medida% La eapotranspiraci"n 'E;( durante un periodo determinado pueden ser calculada si se conocen las precipitaciones $ dem-s aportes 'A( producidos en ese período! el drena2e correspondiente 'G( $ la ariaci"n de la cantidad de agua acumulada en el lisímetro 'U>(! aplicando la ecuaci"n del +alance ,idrol"gico% 8ara determinar U> se pueden emplear dos m)todos@
"4 Me-i-"& -e 8(e-"- -e) &(e)$ " -ife%en#e& +%$f(n-i-"-e&. Los alores así o+tenidos no son su#icientemente precisos! por lo que resulta en consecuencia necesario determinar E; s"lo para periodos +astante largos! para que U> sea insigni#icante ante la cantidad de agua eaporada% En estos casos las medidas se re#ieren generalmente a períodos que oscilan entre 4/ $ 7/ días% 64 P$% +e&"-" para lo cual el plano in#erior del dep"sito est- constituido por la plata#orma de una gran +-scula! de sensi+ilidad adecuada! que permite calcular por la di#erencia entre dos pesadas sucesias el alor de U>% >e pueden o+tener así determinaciones de eapotranspiraci"n real en interalos mu$ cortos de tiempo 'una ,ora o menos(! si +ien el mane2o del lisímetro es delicado $ su instalaci"n mu$ costosa% /.9.1.2.1. Ti+$& -e Li&;e#%$& Entre los distintos tipos de lisímetros se inclu$en los de pesada! los de drena2e sin succi"n $ los de drena2e con succi"n% Los lisímetros de pesada miden los cam+ios de peso de un olumen de tierra% Los de drena2e sin succi"n recolectan el agua del suelo que se #iltra naturalmente ,acia a+a2o por los suelos! es decir! el agua que se muee por e#ecto de la graedad% A los lisímetros de drena2e con succi"n se aplica una succi"n para e5traer el agua del suelo despacio a tra)s de un material poroso%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 66
INGENIERÍA CIVIL
Fi (%" /./% ;i os de Lisímetros% El dise:o de los lisímetros de drena2e sin succi"n permite capturar el agua del suelo que de otra #orma pasaría a ser agua su+terr-nea o llegaría a los ,ori1ontes in#eriores del suelo% En contraste! los lisímetros de drena2e con succi"n ,an sido dise:ados para capturar el agua del suelo que podrían a+sor+er las raíces de las plantas% Los datos o+tenidos! tanto a partir de eapotranspir"metros como de lisímetros! a9n de la misma #orma $ operaci"n! no resultan compara+les! por estar a#ectados por #actores particulares tales como@ alteraci"n de la estructura del suelo* limitaci"n del desarrollo radicular de las plantas $ di#icultad en producir en el dispositio! el mismo per#il de ,umedad $ temperatura que en el terreno natural%
/.9.1.3.
B"&#i-$% Vi-%i"-$
Este dispositio ,a sido! a eces! utili1ado para la medida de la eapotranspiraci"n de los suelos que era esencial no alterar% &n +astidor met-lico sin #ondo! cu$a cu+ierta est- constituida por un idrio inclinado! es ligeramente ,undido en el terreno% El agua que se eapore se condense so+re el idrio #ormando una pared #ría que se desli1a ,acia una canaleta que ierte a un recipiente de a#oro% Las condiciones que rigen la eaporaci"n +a2o el +astidor no son las mismas que en la atm"s#era li+re! por lo que resulta necesario ealuar la relaci"n e5istente entre la eaporaci"n al aire li+re $ la eaporaci"n +a2o el +astidor* para ello se compara la eaporaci"n o+serada en dos tanques llenos de tierra ,9meda! de los cuales uno est- cu+ierto con un +astidor! mientras que el otro permanece al aire li+re% El
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 67
INGENIERÍA CIVIL coe#iciente es! a eces! del orden de ?! lo que limita la precisi"n del m)todo%
/.9.2. M0#$-$& in-i%e#$& $ e+;%i$& E*"+$#%"n&+i%"i!n +$#eni")4 La ma$or parte de estos m)todos son demasiado te"ricos $a que ,an sido deducidos +a2o condiciones de#inidas entre regiones $ su aplicaci"n precisa de una serie de datos que generalmente no se tienen a la disposici"n% 8or e2emplo el m)todo de ;,ornt,aite calcula la eapotranspiraci"n potencial mediante los datos e5istentes de las temperaturas medias mensuales! el de ;urc utili1a la precipitaci"n $ temperatura medias de una cuenca! $ los de lane$ $ Criddle $ Grassi $ C,ristensen ,acen uso de la radiaci"n solar%
/.9.2.1.
M0#$-$ -e T8$%n#8>"i#e
La #"rmula se +asa en la temperatura $ en la latitud! 9til para estimar la eapotranspiraci"n potencial $ tiene la enta2a de que la #"rmula usa datos climatol"gicos accesi+les 'temperatura medias mensuales(% El m)todo da o#rece +uenos resultados en 1onas ,9medas con egetaci"n a+undante% ;,ornt,aite! empíricamente ,all" las siguientes e5presiones@
()
i=
t
1.514
5
12
I =
∑i I
−9
a = 675∗10 N ET 0=
12
∗d
30
∗ I −771∗10− ∗ I +1792∗10− ∗ I +0.49239 3
7
( )
∗16∗
∗t
10
2
5
a
I
D"nde@ Eto M eapotranspiraci"n potencial mensual! en mmmes i M índice t)rmico mensual I M índice t)rmico anual ; M temperatura media mensual del mes! en C A M constantes a determinar! que dependen de cada lugar%
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6=
INGENIERÍA CIVIL N M n9mero m-5imo de ,oras sol para el mes considerado! seg9n la latitud D M el n9mero de días del mes% >e o+tienen resultados acepta+les en 1onas ,9medas con egetaci"n a+undante! pero los errores aumentan en 1onas -ridas o semi-ridas%
E@e+)$ 1. Con los datos de temperaturas medias mensuales de la estaci"n meteorol"gica! LH&>>! 6/// ';a+la =%6(! determinar la E;o por el m)todo de ;,ornt,aite%
;a+la =%6% ;emperaturas medias mensuales
S$)(i!n? Reempla1ando alores en las #ormulas propuestas por ;,ornt,aite! se tiene que@ ET 0 ( anual )=65.2 mm . −9
a = 675∗10
/.9.2.2.
∗ I −771∗10− ∗ I +1792∗10− ∗ I +0.49239=1.762 3
7
2
5
M0#$-$ -e B)"ne7C%i--)e
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6?
INGENIERÍA CIVIL El m)todo considera que la E; es proporcional al producto de la temperatura por el porcenta2e de ,oras de sol diarias anuales durante el período considerado! generalmente un mes% Con o+2eto de de#inir me2or los e#ectos del clima so+re las necesidades de agua del cultio! el m)todo de lane$Criddle #ue modi#icado por Dooren+os $ 8ruitt '43.=( para o+tener la eapotranspiraci"n de re#erencia 'E;gr(% Al considerarse los nieles generales de ,umedad! iento e insolaci"n! la E;gr calculada recoge me2or los e#ectos del clima so+re la eapotranspiraci"n% De acuerdo a
D"nde@ Eto! eapotranspiraci"n de re#erencia 'mmdia( ;! ;emperatura media diaria p! 8orcenta2e medio diario de las ,oras lu1 anuales
A+)i"i!n? >e recomienda utili1ar en 1onas en las cuales se cuentan con datos de temperatura Esta #"rmula de+e ser empleada especialmente en 1onas -ridas a semi-ridas%
Ven#"@"&? <-cil aplica+ilidad
De&*en#"@"&? No emplear en regiones ecuatoriales! o en 1onas de gran altitud en las que la temperatura mínima es mu$ +a2a $ son mu$ #uertes la radiaci"n los nieles de radiaci"n diurna%
/.9.2.3.
M0#$-$ -e <"%,%e"*e&
De acuerdo al m)todo de Hargreaes! la temperatura $ la radiaci"n pueden ser utili1adas 2untas para predecir e#ectiamente la ariaci"n de la E;o% Hargreaes $ R$le$ '43?(! pu+licaron una ecuaci"n para la E;o! desarrollada en +ase a mediciones de arios lisímetros! $ en comparaciones con otros m)todos se cali+r" en +ase a a:os de alores de E; medidos para el pasto Alta
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6B
INGENIERÍA CIVIL De acuerdo a Hargreaes $ >amani '4334(! la ecuaci"n de Hargreaes se e5presa de la siguiente manera@ Eto =0.0023 RA ( T ° C + 17.8 ) T D
0.5
D"nde@ Eto! Eapotranspiraci"n de re#erencia 'mmdía(% RA! Radiaci"n e5traterrestre e5presada en mmdía de eaporaci"n ;C! ;emperatura media ';ma5P;min(6 'C(% ;D! Amplitud t)rmica ;ma5;min 'C(
A+)i"6i)i-"-? Hargreaes '436(! reconoce que este modelo requiere cali+raci"n local! principalmente en 1onas de altas temperaturas en erano 'Citado por De >anta Ollala $ Valero! 4337(%
De&*en#"@"&? 8uede e5istir una so+restimaci"n de la E;o! si las condiciones de clima o sus #actores no son mu$ uni#ormes% Requiere de una cali+raci"n en climas c-lidos! o donde las temperaturas son mu$ eleadas%
/.9.2./.
M0#$-$ -e Pen"n M$n#ei#8
El panel de e5pertos! organi1ado por la e de#ine el cultio de re#erencia como un cultio ,ipot)tico con una altura de /%46 m! una resistencia de la super#icie de ./ sm $ un al+edo de /!67! que cercanamente reproduce la eapotranspiraci"n de una super#icie e5tensa de pasto erde de altura uni#orme! que crece actiamente sin restricciones de suelo $ agua%
ETo =
900 ( − ) + ! T +273 u s (e s −e a)
0.408 ∆ R n
∆ + ! ( 1 + 0.34 us )
D"nde@ E;o! Eapotranspiraci"n de re#erencia 'mmdia( Rn! Radiaci"n neta en la super#icie del cultio 'Wm6d( G!
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6.
INGENIERÍA CIVIL ;! ;emperatura media del aire 'C( &6! Velocidad del iento a 6 m de altura 'ms( 'eses(! D)#icit de presi"n de apor 'Tpa( U! 8endiente de la cura de presi"n de apor 'T8aC( X! Constante psicom)trica 'T8aC(
A+)i"6i)i-"-? La consulta de e5pertos organi1ada por la
Ven#"@"&? El procedimiento de c-lculo pre) procedimientos para datos completos $ para datos #altantes% El m)todo puede ser usado incluso cuando se cuenta solo con datos de temperatura m-5ima $ mínima%
9. CONCLUSIONES >e de#ini" el proceso de la eaporaci"n% >e e5plic" los diersos #actores que controlan la eaporaci"n% Dimos a conocer los di#erentes m)todos e instrumentos para la medici"n de la eaporaci"n% >e conceptuali1" el proceso de la eapotranspiraci"n% >e lleg" a e5plicar los #actores que in#lu$en la eapotranspiraci"n% Dimos a conocer los di#erentes m)todos e instrumentos para la medici"n de la eapotranspiraci"n%
=. BIBLIOGRAFÍA M"#e%i") -e "+$7$ -i-#i$ +"%" )" en&e5"n" 7 "+%en-i"@e -e )" "&i,n"#(%" -e 8i-%$)$,i" o 8##+?>>>.&)i-e&8"%e.ne#8$#ii=e*"+$%"i$n o
______________________________________________________________________ HIDROLOGÍA 6
