INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL
HIDROLOGÍA SUPERFICIAL INGENIERÍA CIVIL UNIDAD 4 EVAPORACIÓN Y USO CONSUNTIVO “USO CONSUNTIVO” ALUMNO: PEREZ CANUL JEHOVANNY JESUS PROFESOR: Arq. SAID MORENO DIAZ 6º “A” PERIODO ENERO-JUNIO 2013 CHETUMAL, QUINTANA ROO
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Índice Índice...........................................................................................................................................2 Introducción.................................................................................................................................3 Factores que afectan el uso consuntivo ....................................................... ......................................................................................4 ...............................4 Determinación del uso.................................................................................................................5 Conclusión ................................................................................................................................14 Bibliografía................................................................................................................................15
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Introducción Luego de conocer el proceso del ciclo hidrológico se ha visto como se va dando este proceso y cuáles son los fenómenos que ocurren a través de él, como el caso de precipitación, infiltración ahora como será el caso de la evaporación que es el paso de un liquido a gas en términos generales y también de la sublimación que es el paso de un sólido a estado de gas, también vamos a conocer los distintos métodos que existen para medir la evaporación al igual que el uso que le da el humano a la evaporación.
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Factores que afectan el uso consuntivo El uso consuntivo puede definirse como la cantidad de agua que consumen las plantas para germinar, crecer y producir económicamente, económicamente, y cuantitativamente cuantitativamente es un concepto equivalente al de evapotranspiración. Los principales componentes del uso consuntivo del agua son la transpiración y la evaporación. Los factores fundamentales que influyen en el uso consuntivo del agua son: - Clima, representado por la temperatura, humedad relativa, vientos, latitud, luminosidad, precipitación, etc. - Cultivo, representado por la especie vegetal, variedad, ciclo vegetativo, hábitos m radiculares, etc. - Suelo, representado por la textura, profundidad del nivel freático, capacidad de retención de humedad, etc. - Agua de riego, en cuanto a su calidad, disponibilidad, prácticas de riego, nivel de la misma con respecto a la superficie, etc. Bocher, citado por FAO (1974), manifiesta que la cantidad de agua usada para la producción de un cultivo se suele denominar uso consuntivo, comprende el agua transpirada por las hojas de las plantas y la evaporada del suelo húmedo. Parte de las necesidades del uso consuntivo puede satisfacerse con la lluvia caída caída durante la época vegetativa o las las precipitaciones anteriores a la siembra que quedan retenidas en el suelo y pueden ser utilizadas posteriormente por la planta. El uso consuntivo suele expresarse como profundidad de agua por unidad de tiempo, por ejempl ejemplo, o, milímetr milímetros os por tempor temporada. ada. Para calcula calcularr el volumen volumen total de agua necesaria, se multiplica la necesidad de agua estacional por la superficie que se requiere requiere regar, siendo siendo la unidad de volumen volumen más comúnment comúnmente e empleada es la de metros cúbicos. Los de mayor influencia son: la temperatura, la humedad relativa, los vientos, la latitud del lugar, la luminosidad y el cultivo. El clima: Temperatura, humedad relativa, vientos, luminosidad y precipitación El cultivo: Especie, variedad, ciclo vegetativo, hábitos radiculares El suelo: Textura, estructura, profundidad del nivel freático, capacidad de retención de humedad.
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Determinación del uso Los primeros estudios que abordaron el tema del riego hablaron de utilización consuntiva, cantidad de agua que se expresaba en metros cúbicos por hectárea regada. Luego, en 1941, la División de Riegos del Ministerio de Agricultura de los Estados Unidos y la Oficina Planificadora de Recursos Nacionales, definieron el concepto de uso consuntivo o evapotranspiración como “la suma de los volúmenes del agua utilizada para el crecimiento vegetativo de las plantas en una superficie dada, tanto en la transpiración como en la formación de tejidos vegetales y de la evapo evapora rada da por por el terre terreno no adya adyace cent nte e ya sea sea prove proveni nien ente te de la nieve nieve o de las las precipitaciones caídas en un tiempo dado”.2 Más tarde, en 1952, H.F. Blaney y W.D. Criddle Criddle definieron definieron “uso consumo consumo o evapotranspir evapotranspiración” ación” en términos términos muy similares similares a los anteriores como “la suma de los volúmenes de agua usados por el crecimiento vegetativo de una cierta área por conceptos de transpiración y formación de tejidos veget vegetal ales es y evap evapora orada da desd desde e el suelo suelo adya adyacen cente te,, prove proveni nien ente te de la nieve nieve o precipi precipitac tación ión interce intercepta ptada da en el área en cualqu cualquier ier tiempo tiempo dado, dado, dividi dividido do por la superficie del área”. El conocimiento de la evapotranspiración o liso consuntivo es un factor determinante en el dise diseño ño de sist sistem emas as de rieg riego, o, incl incluy uyend endo o las las obras obras de alma almace cena nami mien ento to,, conducción, distribución y drenaje. Especialmente, el volumen útil de una presa para aba.stecer a una zona de riego depende en gran medida del uso consuntivo.
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En Méxi México co se usan usan fund fundam amen enta talm lmen ente te dos dos méto método doss para para el cálc cálcul ulo o del del uso uso consuntivo: el de Thorntwaite y el de Blaney Criddle. El primero, por tomar en cuenta sólo la temperatura media mensual, arroja resultados estimativos que pueden usarse únicamente en estudios preliminares o de gran visión, mientras que el segundo es aplicable a casos más específicos.
Se expresa mediante la tasa de evapotranspiración (Etc) en mm/día o mm/mes, la cual depende, además de los factores del clima que afectan a la evaporación (Temperatura, humedad del aire, viento e intensidad de radiación solar), de las características fisiológicas de la cobertura vegetal y de la disponibilidad de agua en el suelo para satisfacer la demanda hídrica de la planta (transpiración y nutrición). Como la cantidad de agua que utiliza la planta para nutrirse es sólo en 1% de la que transpira, los términos uso consuntivo y evapotranspiración se pueden tomar como sinónimos. La evapotranspiración potencial del cultivo de referencia (Eto). La evapotranspiración potencial de un cultivo de referencia (Eto) en mm/día, fue definida por Doorembos y Pruit (FAO, 1975) como: “La tasa de evaporación en mm/día de una extensa superficie de pasto (grama) verde de 8 a 15 cm de altura, en crecimiento activo, que sombrea completamente la superficie del suelo y que no sufre de escasez de agua”. La evapotranspiración real (Etr) En la práctica, los cultivos se desarrollan en condiciones de humedad muy lejanas de las óptimas. óptimas. Por este motivo para calcular calcular por ejemplo ejemplo la demanda demanda de riego se a de basar en la evapotranspiración real (Etr), la cual toma en consideración al agua disponible en el suelo y las condiciones ambientales en las cuales se desarrolla un cultivo determinado. Siempre y cuando el cultivo en consideración disponga de agua en abundancia (después de un riego o de una lluvia intensa) y en condiciones de buena aireación del suelo, Etr equivale a Etc. La Etr nunca será mayor que Etc. Al aumentar la tensión del agua en el suelo, disminuye la capacidad de las plantas para obtener el volumen de agua requerido al ritmo impuesto impuesto por las condiciones condiciones del ambiente. ambiente. Bajo estas condiciones condiciones disminuye disminuye la transpiración del cultivo por lo tanto Etr es inferior a Etc y también inferior a Eto. La evapotranspiración real de un cultivo, en cierto momento de su ciclo vegetativo, puede expresarse como: 6
Etr = Eto * k Donde: k : Coeficiente que corrige por la fase vegetativa del cultivo y por el nivel de humedad en el suelo. En un suel suelo o sin sin limi limita taci ción ón algu alguna na para para la prod produc ucci ción ón,, en lo que que resp respec ecta ta a condiciones físicas, fertiliodad y salinidad, k puede discriminarse así: k = kc * kh Donde: kc : Coeficiente de cultivo kh : coeficiente de humedad del suelo El coeficiente de cultivo kc, depende de las características anatomorfológicas y fisiológicas de la especie y expresa la variación de su capacidad para extraer agua del suelo durante el ciclo vegetativo. La especie vegetal y el tamaño de la planta representada por su volumen foliar y radical, gobierna el coeficiente kc. El coeficiente de humedad, kh es una expresión del mecanismo de transporte de agua a la atmósfera a través del suelo y de la planta, que depende del grado de disp dispon onib ibililid idad ad de agua, agua, del del grad gradie ient nte e de pote potenci ncial al hídr hídric ico o entr entre e el suel suelo o y la atmósfera circundante y de la capacidad de dicho sistema para conducir agua. Cuando el suelo se va secando, se incrementa la resistencia a la difusión a través de las estomas de la vegetación y del espacio poroso del suelo. Existen varios métodos para determinar la evapotranspiración potencial. Los más comúnmente aplicados son los siguientes: o o o
Método del Lisímetro Método del tanque evaporímetro Métodos empíricos
Método de Lisímetro Un lisímetro consiste en un recipiente enterrado y cerrado lateralmente, de modo que el agua drenada por gravedad (la que hubiera infiltrado hasta el acuífero), es captada por un drenaje.
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En su construcción debe tenerse cuidado de restituir el suelo que se excavo en unas condiciones lo más similares posibles a las que se encontraba. Próximo a él debe existir un pluviómetro. La Eto se despeja de la siguiente ecuación de balance hídrico en el lisímetro. Precipitación = Eto + Infiltración + Δ almacenamiento Para calcular Δ almacenamiento, normalmente se mide la humedad del suelo y a partir de ahí, se calcula una lámina de agua equivalente expresada en mm. Mediante riego el método es más simple, debido a que se debe mantener el suelo en condiciones de humedad óptima y la ecuación sería la siguiente: Precipitación + Riego = Eto + Infiltración Método de tanque evaporímetro Este método consiste en encontrar encontrar una relación relación entre la tasa de evapotranspi evapotranspiración ración producida en un lisímetro y la tasa de evaporación producida en un tanque de evaporación clase A, en base al cual se determina un coeficiente empírico con el que se puede efectuar luego las lecturas de evaporación y obtener indirectamente la evapotranspiración potencial para condiciones ambientales específicas. El tanque de evaporación clase A permite estimar los efectos integrados del clima (Radiación, temperatura, viento y humedad relativa), en función de la evaporación registrada de una superficie de agua libre de dimensiones estandar. Eto = Ktanque * E Eto: Evapotranspiración potencial (mm/día) Ktanque: Coeficiente empírico de tanque E: evaporación libre de tanque clase A (mm/día) Exis Existe te una una meto metodo dolo logí gía a alte altern rnat ativ iva a prop propue uest sta a por por FAO FAO para para dete determ rmin inar ar la evapotranspiración potencial a partir de registros de evaporación de tanque clase A. Las características físicas del tanque clase A son: Diámetro externo = 120.5 cm. o o Altura = 25.4 cm o Base a 5.0 cm del suelo o Estar rodeado de pasto corto en un radio de 50.0 m. 8
o
o
Debe ser llenado hasta 5.0 cm por debajo de su borde y evitar que el nivel baje más allá de 7.5 cm por debajo del mismo.
Métodos empíricos. Método de Thorntwaite Este Este método, método, desarro desarrolla llado do en 1944 1944 (referen (referencia cia 4.5), 4.5), calcul calcula a el uso consunt consuntivo ivo mensual como una función de las temperaturas medias mensuales mediante la fórmula:
Donde: Uj= uso consuntivo en el mes j, en cm. Tj= temperatura media en el mes j, en 0c. a, I = constantes. Ka = constante que depende de la latitud y el mes del año (tabla).
Las constantes I (Índice de eficiencia de temperatura) y a se calculan de la siguiente manera:
Donde:
Y j = número de mes.
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Método de B1aney-Criddle En este método se toma en cuenta, además de la temperatura y las horas de sol diarias, el tipo de cultivo, la duración de su ciclo vegetativo, la temporada de siembra y la zona. El ciclo vegetativo de un cultivo es el tiempo que transcurre entre la siembra y la cosecha y, por supuesto, varía de cultivo a cultivo. En la tabla 4.4 se presentan los ciclos vegetativos de algunos cultivos comunes en México. Si se desea estimar la evapotranspiración durante un ciclo vegetativo completo, se puede emplear la fórmula:
Donde: El = evapotranspiración durante el ciclo vegetativo, cm. F = factor de temperatura y luminosidad. Kg = coeficiente global de desarrollo.
El coeficiente global de desarrollo Kg varía entre 0.5 y 1.2. En la tabla 4.4 se mues muestr tran an algu alguno noss de los los valo valore ress de Kg para para diver diversos sos culti cultivo vos. s. El fact factor or de temperatura y luminosidad F se calcula como:
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donde
n = número de meses que dura el ciclo
vegetativo. fi =
P¡ = porcentaje de horas de sol del mes i con respecto al año (véase tabla 4.5). T¡ = temperatura media del mes i en 0e.
Cuando la zona en cuestión es árida, los valores de fi se multiplican por un factor de corrección Kti que se calcula como: Kti = 0.03114 T; + 0.2396
Cuando se desea determinar valores de la evapotranspiración en periodos más cortos que un ciclo vegetativo, por ejemplo, de un mes, se usa la fórmula: Eti = Kci*fi
Donde Et¡ es la evapotranspir evapotranspiración ación durante el periodo periodo i; fi se calcula con la fórmula anterior anterior con pi y Ti correspondient correspondientes es al periodo periodo considerado considerado y Kci es un coeficiente coeficiente de desarrollo parcial. Kci se puede determinar mediante parcelas experimentales instaladas en el sitio de interés, o bien usando los valores medios mostrados en la figura.
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Conclusión Se conoció una parte importante del ciclo hidrológico que estudio de la hidrología superficial que es la evaporación que por su parte se comprende de la transpiración y evapotranspiración que es el proceso en el cual tanto la evaporación y traspiración ocurren al mismo tiempo. Entendemos que evaporación es el cambio de liquido a gas de los ríos, mares y océanos, también se da en el hielo que el proceso se llama sublimación y la transpiración es la liberación de vapor de las plantas, también conocimos cuales son los instrumentos para medir la evaporación y también como se determina la evaporación y la evapotranspiración.
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Bibliografía http://biblioteca.pucp.edu.pe/docs/elibros_pucp/chereque_wendor/hidrologia_estudia ntes_ing_civil.pdf http://www.lawetnet.org/lasmiradasdelagua/descargas/Conceptos%20Hidrol %C3%B3gicos%20B%C3%A1sicos.pdf https://www.google.com.mx/search? https://www.google.com.mx/search? q=resgistro+pluviometrico&aq=f&oq=resgistro+pluviometrico&aqs=chrome.0.57.1695 8&sourceid=chrome&ie=UTF8#hl=es&q=medicion+pluviometrica&revid=1621733258 &sa=X&ei=yOU8ZfLLce7qAHcoGwDQ&sqi=2&ved=0CGUQ1QIoBA&bav=on.2,or.r_q f.&fp=882ea22d9c37df7d&biw=1366&bih=624 http://www.bdigital.unal.edu.co/2178/4/32205876.2009_4.pdf https://www.google.com.mx/search? q=escurrimientos+hidrologia+&aq=f&oq=escurrimientos+hidrologia+&aqs=chrome.0. 57j0j62.8179&sourceid=chrome&ie=UTF-8 http://ing.unne.edu.ar/pub/infi.pdf http://tarwi.lamolina.edu.pe/~echavarri/clase_viii_infiltracion_def.pdf http://documentos.dga.cl/CDA48.pdf http://users.exa.unicen.edu.ar/~jdiez/files/cstierra/apuntes/unidad3.pdf http://www.igeograf.unam.mx/web/sigg/docs/pdfs/publicaciones/geo_sigloxxi/serie_te x_uni/1/cp3.pdf http://ocw.usal.es/eduCommons/cienciasexperimentales/hidrologia/contenidos/03.Evapotranspiracion.pdf ftp://soporte.uson.mx/PUBLICO/04_INGENIERIA%20CIVIL/Hidrologia%20SZ %202012_2/Hidrologia%20VIII.pdf http://www.fca.uner.edu.ar/academicas/deptos/catedras/riego/Archivos/Cap %2005%20-%20Evaporacion%20y%20Evapotranspiracion.pdf
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