UNIVERSIDAD SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE AGRONOMÍA ÁREA TECNOLÓGICA SUBAREA DE MANEJO DE SUELO Y AGUA LABORATORIO DE CLIMATOLOGÍA ING. AGR. CESAR TORRES
PRACTICA No. 4
EVAPOTRANSPIRACIÓN 1. INTRODUCCIÓN Es conocido el hecho de que cuando una superficie de agua se expone al medio ambiente, las moléculas de la parte superior tienden a abandonar el liquido, incorporándose al aire en estado de vapor. El proceso mediante el cual se produce este cambio de estado (de liquido a vapor) se denomina Vaporización o evaporación. Físicamente, para que el mismo ocurra necesita cierta cantidad de energía, ya que en toda superficie líquida hay una liberación o entrega de moléculas al medio. Las plantas son el componente principal e indispensable dentro de un sistema de producción tanto agrícola como forestal, debido a la función que desempeña como tal, por lo que es necesario considerar todos los aspectos tanto edáficos como climatológicos (temperatura, humedad relativa, viento y radiación solar) que causan un efecto en el desarrollo y desempeño de la misma. La evapotranspiración esta afectada directamente por el clima por lo que es importante saber determinar la cantidad de agua que evapotranspira en el sistema suelo-planta, en la siguiente práctica se enfatiza en cada uno de los métodos más utilizados en nuestra región, para la determinación de la misma, Hargreaves, Blaney y Cridley y Thorthwaite.
1
2. REVIS ION BI BLIOGR AFIC A
2.2 E XISTEN DOS TIPOS DE EV APOTRANSPIR ACIÓN
2. 1 CO NCE PTOS BÁSIC OS a. EVAPORACIÓN: Es la pérdida de agua en forma de vapor que se da en el terreno que rodea la planta, así como en el agua libre de la superficie de la planta misma. La evaporación del agua del suelo se ve afectada por los mismos factores que afectan a la evaporación de una superficie libre de agua, como lo son principalmente, la radiación solar, la temperatura y el viento, sin embargo, la diferencia esta en que, a medida que la velocidad de evaporación se incrementa, el suelo es incapaz de mantener humedad en la superficie evaporante superficial, por lo que baja la evaporación del suelo. A lo anterior hay que agregar el hecho de que muy difícilmente existe un mecanismo de suministro permanente de agua, por lo que la disponibilidad de agua para evaporarse baja y entonces baja la evaporación del agua del suelo. b. TRANSPIRACIÓN: Es la pérdida del agua de la planta en forma de vapor. Aún cuando es fundamentalmente un proceso de evaporación, se encuentra afectado por la estructura y fisiología de la planta, así como por los factores físicos que controlan la evaporación. La planta absorbe agua del suelo y lo transporta a través del xilema hasta llegar al mesófilo de las hojas, después de haberla utilizado en sus procesos fisiológicos. En la hoja están los estomas a través de los cuales se escapa el agua en forma de vapor. c. EVAPOTRANSPIRACION (ET): Tal como su nombre lo indica es la sumatoria de la evaporación y la transpiración: Evaporación del agua del terreno adyacente a la planta y del agua sobre la planta misma, transpiración del agua que ha sido utilizada en los procesos fisiológicos de las plantas. El proceso de evapotranspiración se ve afectado por el agua, el clima , la planta y el suelo. El agua afecta por su disponibilidad y cantidad. El suelo de acuerdo a sus propiedades físicas y químicas. La planta por sus características anatómicas y fisiológicas. El clima por la temperatura, radiación solar, viento y humedad relativa.
1. Real (ETR): Cantidad de agua efectiva que se pierde por el complejo suelo – planta en las condiciones meteorológicas y edáficas existentes. 2. Potencial (ETP): Cantidad de agua que se evapotranspira bajo condiciones en que el sistema suelo-planta son constantes y solo varía la temperatura. Thornthwaite la define como “la pérdida de agua que ocurriría si en ningún momento hubiera deficiencia de agua en el suelo para uso de la vegetación”. Aplicación: El conocer el dato de evapotranspiración nos sirve para la planificación de láminas, frecuencias y duración del riego de un cultivo determinado en una zona en especial. Además para la realización de un balance hídrico de suelos, donde es considerado, obviamente, como una pérdida. 2.3 MÉTODOS DE ESTIMACIÓN •
Directos: Basados en experimentación directa por instrumentos, por ejemplo uso de lisímetros, parcelas de campo.
•
Indirectos: Por medio de fórmulas más o menos empíricas establecidas por diversos investigadores, ejemplo: BlaneyCridley, Hargreaves, Thornthwaite y otros.
A. MÉTODO DEL T ANQUE TIPO “A” El método del Tanque Tipo “A”, implica determinar la evapotranspiración de un lugar determinado basado en los datos de evaporación de una superficie libre de agua en este caso el tanque de evaporación Tipo “A”. Los datos de las lecturas de evaporación diarias del tanque de evaporación se correlacionan con los resultados de formulas empíricas a manera de determinar un factor de conversión, el cual deberá de ser determinado para diferentes condiciones a manera de tener un coeficiente adecuado para cada región. En Guatemala se utiliza frecuentemente valores que van de 0.75 a 0.80 como coeficiente de conversión Para el cálculo de la evapotranspiración se utiliza la siguiente ecuación: ETP = K * E
2
Donde:
E = Evaporación del tanque (mm)
K = Coeficiente experimental (0.75 - 0.80)
Con la ecuación anterior los resultados se obtienen o en pulgadas y expresados en F.
B. EC UACIÓN DEBLANE Y-CRIDLEY Método desarrollado en 1,945, a través de la fórmula empírica para determinación de evapotranspiración potencial:
En nuestras condiciones se desea que la evapotranspiración este expresada en milímetros y grados centígrados por lo que se debe utilizar la siguiente ecuación:
Etp = K x F
Etp = 0.254 K x P (1.8 ºT + 32)
Donde:
El porcentaje de mensual de horas de luz (P) varía con la altitud y el mes del año. La siguiente tabla proporciona los valores para el caso de Guatemala:
F = Es la fuerza evaporante igual al producto de la temperatura media en grados Fahrenheit (t) y el porcentaje de horas diurnas de luz (p). K = Es el coeficiente determinado experimentalmente, en el que se engloban todas las demás circunstancias, como naturaleza de la planta, estado de la vegetación, suelo, clima, etc. Etp = K x ( p*t ) /100
Cuadro 1. Porciento de horas de sol mensual.
Latitud Norte
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Meses Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
10
8.13
7.47
8.45
8.37
8.81
8.60
8.86
8.71
8.25
8.34
7.91
8.10
15
7.94
7.36
8.43
8.44
8.98
8.80
9.05
8.83
8.28
8.20
7.75
7.88
16
7.93
7.35
8.44
8.46
9.07
8.83
9.07
8.85
8.27
8.24
7.72
7.83
E= 16(10T/I )
C. ECUACIÓN DE THORNTHW AITE Ecuación empírica desarrollada por este investigador entre 1944 – 1948, para obtener la evaporación potencial, en función exclusivamente de la temperatura, sin considerar otras características de clima, suelo o cultivo, obteniendo un valor medio.
a
Donde: E= Evapotranspiración sin ajustar mensual en mm. o
T= Temperatura media mensual en C. I= Índice termino anual.
Se debe calcular primero la denominada “evapotranspiración potencial sin ajustar”, derivada de considerar el mes de 30 días y suponer que todos los días tienen doce horas de luz solar, a través de la fórmula:
El índice térmico anual se determina con la siguiente formula: I = ∑i12
3
La ecuación es aplicable para temperaturas menores de 26.5 ºC, por experimentación se conoce que a 26.5 ºC, la E = 135 mm.; para temperaturas mayores se utilizan de igual manera valores únicos tales como:
Los índices mensuales i se obtienen de la siguiente expresión: i = (T/5)
1.514
EL coeficiente “a” se determina por la siguiente ecuación: 3
2
a = 0.000000675 I – 0.0000771 I + 0.01792 I + 0.49239
Cuadro 2. Valores de evapotranspiración potencial para temperaturas mayores de 26.5 °C.
T ºC
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
E mm
140
148
155
162
168
173
177
180
183
184
185
La ecuación está desarrollada suponiendo que todos los meses son de 30 días y que cada día tiene 12 horas de luz solar, y como estas circunstancias varían con la época del año y con la latitud del lugar, ha de introducirse un factor correctivo K, en función de dichas variables, obteniendo así la fórmula de la evapotranspiración potencial ajustada. ETP (mm) = K.E
Cuadro 3. Valores de K utilizados en la ecuación de Thornthwaite. E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
0
1.04
0.94
1.04
1.01
1.04
1.01
1.04
1.04
1.01
1.04
1.01
1.01
5
4.02
0.93
1.03
1.02
1.06
1.03
1.06
1.05
1.01
1.03
0.99
1.02
10
1.00
0.91
1.03
1.03
1.08
1.06
1008
1.07
1.02
1.02
0.98
0.99
15
0.97
0.91
1.03
1.04
1.11
1.08
1.12
1.08
1.02
1.01
0.95
0.97
20
0.95
0.90
103
1.05
1.12
1.11
1.14
1.11
1.02
1.00
0.93
0.94
25
0.93
0.89
1.03
1.06
1.15
1.14
1.17
1.12
1.02
0.99
0.91
0.91
LATITUD NO RTE
3. 4 RES UMEN P AR A CÁLCULO •
•
Cálculo de evapotranspiración potencial sin ajustar (E)
Cálculo de los índices térmicos mensuales E = 16 * [(10 * t ) / I]a
“i” i = (t/5)
1.514
•
Determinación del índice térmico anual “I“
•
Determinación del coeficiente “a”
a = 0.000000675 I3 – 0.0000771 I2 + 0.0172 I + 0.49239
•
Ajuste de la evapotranspiración potencial ETP (mm) = K * E
D. EC UAC IÓN DE GEORGE HARGRE AVES La ecuación de ETP de Hargreaves permite determinar el consumo de agua para los cultivos y además es parte fundamental en la determinación de las disponibilidades hídricas de una región en
4
particular. Esta ecuación utiliza datos de humedad relativa promedio, valores de radiación extraterrestre y temperaturas promedio haciendo la mejor aproximación al tanque de evaporación tipo A. Esta ecuación es la siguiente:
Donde: Ks = Constante, para Centroamérica es 12.5 HM = Humedad relativa a las 13 horas (%) O por medio de tablas, determinando la duración diaria media de las horas de fuerte insolación, y posteriormente se utiliza la siguiente ecuación:
ETP = 0.0075 * TMF * RSM Donde:
S = N/24 * 100
ETP = Evapotranspiración potencial (mm) TMF = Temperatura media mensual (°F)
Donde:
RSM = Radiación solar mensual (mm), se estima con la siguiente ecuación:
N = Número de horas de brillo solar (tabla) *Las tablas que se utilizan para calcular la radiación extraterrestre y la duración máxima media diaria de las horas de fuerte insolación, son las propuestas por Doorembos y Pruitt (1976).
RSM = 0.075 * RMM * S1/2 Donde: RMM = Radiación mensual extraterrestre. S = Brillo medio mensual (%), se calcula con la siguiente ecuación: S = Ks * (100 – HM)
1/2
3. 4 DES ARROLLO DE LA PRÁ CTICA a. El instructor explicará detalladamente cada una de las ecuaciones. b. Se estimará la evapotranspiración potencial, basándose en los siguientes datos: Cuadro 4. Temperatura máxima, mínima y media de las estaciones Tuncáj y Medio Monte, ubicadas en la microcuenca del río Cotón, Baja Verapaz.
Estación Tuncáj
Medio Monte
Año 2,003
Año 2,004
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
T° max
24.35
21.97
22.43
24.10
25.57
22.74
21.20
20.10
20.55
23.66
21.97
24.07
T° min
13.00
13.50
12.83
12.27
12.30
12.61
11.40
8.23
8.84
8.55
10.03
10.13
T° med
18.68
17.74
17.63
18.19
18.94
17.68
16.30
14.17
14.70
16.11
16.00
17.10
T° max
30.32
27.67
26.65
28.29
28.13
26.55
26.53
26.74
27.61
28.97
28.71
29.23
T° min
16.06
16.37
16.00
17.84
16.87
17.10
15.97
18.48
17.71
18.59
16.71
22.23
T° med
23.19
22.02
21.33
23.07
22.50
21.83
21.25
22.61
22.66
23.78
22.71
25.73
c. La resolución se hará de acuerdo a los grupos formados en el laboratorio. d. El objetivo es utilizar las ecuaciones mencionadas anteriormente y así resolver cualquier duda. 2
La microcuenca en estudio ocupa una extensión de 28.47 km y se localiza en las coordenadas geográficas: 14° 54´ 49´´ y 15° 00´ 26´´ de latitud Norte; 90° 38´ 2 4´´ y 90° 35´ 3´´ de longitud Oeste. La altura osci la entre los 1,100 y 2,400 msnm.
5
4. TAREA a. Estimar la evapotranspiración potencial para una localidad en particular, utilizando los métodos mencionados en el laboratorio. b. Discutir sobre los resultados obtenidos por cada método. c. Incluir revisión literatura sobre otros métodos de estimación de evapotranspiración potencial. e. Además investigar las aplicaciones de la estimación de evapotranspiración potencial en la agricultura y los recursos naturales renovables.
Cuadro 1. Evapotranspiración potencial (mm) en la estación meteorológica Tuncáj situada en la parte alta de la microcuenca del río Cotón.
Mes Días
Temperatura
Radiación extraterrestre
°C
°F
mm/día
mm/mes
Brillo solar horas/día
Brillo medio mensual (%)
Radiación solar mensual (mm)
ETP mm/día mm/mes
Ene
31
14.70
58.46
12.20
378.20
11.30
47.08
194.63
2.75
85.34
Feb
28
16.11
61.00
13.45
376.60
11.60
48.33
196.37
3.21
89.83
Mar
31
16.00
60.80
14.80
458.80
12.00
50.00
243.32
3.58
110.95
Abr
30
17.10
62.78
15.65
469.50
12.50
52.08
254.12
3.99
119.65
May
31
18.68
65.62
15.95
494.45
12.80
53.33
270.82
4.30
133.29
Jun
30
17.74
63.93
15.80
474.00
13.00
54.17
261.64
4.18
125.45
Jul
31
17.63
63.73
15.80
489.80
12.90
53.75
269.32
4.15
128.74
Ago
31
18.19
64.74
15.70
486.70
12.60
52.50
264.49
4.14
128.43
Sep
30
18.94
66.09
15.05
451.50
12.20
50.83
241.43
3.99
119.68
Oct
31
17.68
63.82
14.00
434.00
11.80
49.17
228.24
3.52
109.25
Nov
30
16.30
61.34
12.60
378.00
11.40
47.50
195.39
3.00
89.89
Dic
31
14.17
57.51
11.80
365.80
11.20
46.67
187.42
2.61
80.83
Cuadro 2. Evapotranspiración potencial (mm) en la estación meteorológica Medio Monte situada en la parte media de la microcuenca del río Cotón.
Mes Días Temperatura
Radiación extraterrestre
Brillo
Brillo medio
Radiación solar
ETP
6
solar °C
°F
mm/día
mm/mes
horas/día
mensual (%)
mensual (mm)
mm/día mm/mes
Ene
31
22.66
72.79
12.21
378.51
11.30
47.08
194.79
3.43
106.34
Feb
28
23.78
74.80
13.46
376.88
11.60
48.33
196.51
3.94
110.25
Mar
31
22.71
72.88
14.81
459.11
12.00
50.00
243.48
4.29
133.08
Abr
30
25.73
78.31
15.65
469.50
12.50
52.08
254.12
4.98
149.26
May
31
23.19
73.74
15.95
494.45
12.80
53.33
270.82
4.83
149.78
Jun
30
22.02
71.64
15.80
474.00
13.00
54.17
261.64
4.69
140.57
Jul
31
21.33
70.39
15.80
489.80
12.90
53.75
269.32
4.59
142.19
Ago
31
23.07
73.53
15.70
486.70
12.60
52.50
264.49
4.70
145.85
Sep
30
22.50
72.50
15.05
451.50
12.20
50.83
241.43
4.38
131.28
Oct
31
21.83
71.29
14.01
434.31
11.80
49.17
228.40
3.94
122.13
Nov
30
21.25
70.25
12.61
378.30
11.40
47.50
195.54
3.43
103.03
Dic
31
22.61
72.70
11.81
366.11
11.20
46.67
187.58
3.30
102.27
7
