Hidrologia
Evapotranspiração
Aula 8
Tópicos
•
Evaporação, transpiração, evapotranspiração
•Variáveis da atmosfera
•
Influência do solo, vegetação
•Medição da evaporação
•
Estimativa da evaporação em lagos e reservatórios
•Medição da evapotranspiração
•
Cálculo da evapotranspiração
Penman-Monteith
Equações simplificadas
•
Evapotranspiração potencial x real
•
Evapotranspiração potencial de referência
•Stress hídrico
Conceitos
Evaporação
Transpiração
Evaporação
Oceanos, lagos, rios, poças d’água,
água interceptada na vegetação
Evaporação (E)
– Processo pelo qual se transfere água do solo e das massas líquidas para a atmosfera. No caso da água no planeta Terra ela ocorre nos oceanos, lagos, rios e solo.Transpiração (T)
– Processo de evaporação que ocorre através da superfície das plantas. A taxa de transpiração é função dos estômatos, da profundidade radicular e do tipo de vegetação.Evapotranspiração
Normalmente os dois processos
(evaporação e transpiração) ocorrem
juntos
Em áreas relativamente grandes é difícil
saber cada parcela em separado
O fluxo total de calor latente para a
atmosfera é a evapotranspiração
Processo de Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera.
Definições
Evapotranspiração (ET)
Processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera através da evaporação (E) e da transpiração (T).
Definições
Evapotranspiração potencial : é a evaporação do solo
e a transpiração das plantas máxima que pode ser
transferida para atmosfera. Com base nas condições
climáticas e características das plantas é possível
estimar a EVT potencial;
Evapotranspiração real: é a o total transferido para a
atmosfera de acordo com a disponibilidade hídrica
existente (umidade do solo) e a resistência das
plantas.
Evaporação
Evaporação ocorre quando o estado líquido da água é
transformado de líquido para gasoso.
As moléculas de água estão em constante movimento,
tanto no estado líquido como gasoso.
Algumas moléculas da água líquida tem energia
suficiente para romper a barreira da superfície, entrando
na atmosfera, enquanto algumas moléculas de água na
forma de vapor do ar retornam ao líquido, fazendo o
caminho inverso.
Quando a quantidade de moléculas que deixam a
superfície é maior do que a que retorna está ocorrendo
a evaporação.
Energia e evaporação
A quantidade de energia que uma
molécula de água líquida precisa para
romper a superfície e evaporar é chamada
calor latente de evaporação.
Condições para ocorrer evaporação
Assim, para ocorrer a evaporação são
necessárias duas condições:
que a água líquida esteja recebendo energia
para prover o calor latente de evaporação
esta energia (calor) pode ser recebida por radiação ou por convecção (transferência de calor do ar para a água)
que o ar acima da superfície líquida não
umidade do ar
pressão atmosférica
temperatura do ar
velocidade do vento
radiação solar
Variáveis meteorológicas
Quanto
maior
a
temperatura,
maior
a
pressão de saturação do
vapor de água no ar, isto é,
maior a capacidade do ar
de receber vapor.
Para cada 10
oC, P
0é
duplicada.
Temp.
oC
0
10
20
30
P
0(atm)
0,0062
0,0125
0,0238
0,0431
Temperatura
A umidade relativa é a medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado. Assim, ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor.
Umidade do Ar
sw
w
.
100
UR
onde UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e ws é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação.
%
em
A umidade relativa também pode ser expressa em termos de pressão parcial de vapor. De acordo com a lei de Dalton cada gás que compõe uma mistura exerce uma pressão parcial, independente da pressão dos outros gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar o volume. No ponto de saturação a pressão parcial do vapor corresponde à pressão de saturação do vapor no ar, e a equação anterior pode ser reescrita como:
Umidade do Ar
se
e
.
100
UR
onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e es é pressão de saturação.
%
em
O vento renova o ar em contato com a superfície que está evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície da folha da planta).
Com vento forte a turbulência é maior e a transferência para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida, e a umidade próxima à superfície é menor, aumentando a taxa de evaporação.
pouco vento muito vento
A quantidade de energia solar que atinge a Terra no topo da atmosfera está na faixa das ondas curtas. Na atmosfera e na superfície terrestre a radiação solar é refletida e sofre transformações, de acordo com a figura.
Parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas nuvens (26%) e parte é absorvida pela poeira, pelo ar e pelas nuvens (19%). Parte da energia que chega a superfícies é refletida de volta para o espaço ainda sob a forma de ondas curtas (4% do total de energia incidente no topo da atmosfera).
Radiação Solar
A energia absorvida pela terra e pelos oceanos contribui para o aquecimento destas superfícies que emitem radiação de ondas longas. Além disso, o aquecimento das superfícies contribuem para o aquecimento do ar que está em contato, gerando o fluxo de calor sensível (ar quente), e o fluxo de calor latente (evaporação).
Finalmente, a energia absorvida pelo ar, pelas nuvens e a energia dos fluxos de calor latente e sensível retorna ao espaço na forma de radiação de onda longa, fechando o balanço de energia.
Radiação Solar
A quantidade de energia solar que atinge a Terra no
topo da atmosfera está na faixa das ondas curtas.
Na atmosfera e na superfície terrestre a radiação
solar é refletida e sofre transformações, como
apresentado no capítulo 4.
O processo de fluxo de calor latente é onde ocorre
a evaporação. A intensidade desta evaporação
depende da disponibilidade de energia. Regiões
mais próximas ao Equador recebem maior radiação
solar, e apresentam maiores taxas de
evapotranspiração. Da mesma forma, em dias de
céu nublado, a radiação solar é refletida pelas
nuvens, e nem chega a superfície, reduzindo a
energia disponível para a evapotranspiração.
Outros fatores
Tipos de Solos: para evaporação direta do
solo
Vegetação: diferentes vegetações podem
exercer mais ou menos controle sobre a
transpiração
Tamanho do reservatório, ou lago
O que existe em volta: efeito oásis
Solos arenosos úmidos tem evaporação maior
do que solos argilosos úmidos.
Tanque classe A
Evaporímetro de Piché
• O mais usado é o tanque classe A, que tem forma circular com um diâmetro de 121 cm e profundidade de 25,5 cm. Construído em aço ou ferro galvanizado, deve ser pintado na cor alumínio e instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo. Deve permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior.
Tanque classe A
• O fator que relaciona a evaporação de um reservatório e do tanque classe A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o valor mais utilizado.
Tanque Classe A
Fonte : Sabesp
Medindo a evaporação
Tanque Classe A
Procedimento da medida:
Efetuar a leitura, do dia ou horário, do nível d´água no tanque (ed)
Comparar com a leitura anterior, do dia ou horário (ea)
Calcular a diferença e1 = ed – ea
Estamos perante duas possibilidades, ter ou não ter ocorrido chuva no intervalo entre as
duas leituras.
1º.) não houve chuva então Eo = e1
2º.) houve chuva, com altura pluviométrica h1 então Eo = e1 + h1
Atenção: no caso de ter havido chuva intensa, o valor de e1 pode ser negativo.
Obs.: Quando ocorrer transbordamento no tanque a leitura será perdida.
Tanque Classe A
Com o valor da evaporação potencial (E) pode-se
estimar a evapotranspiração potencial
(ETP) pela correlação:
ETP = kp.E
onde:
E = evaporação medida no tanque evaporimétrico em
mm/dia;
ETP = evapotranspiração potencial em mm/dia,
representa a média diária para o período
considerado;
kp = coeficiente de correlação, que depende do tipo de
tanque e de outros parâmetros
Tanque Classe A
Como o tanque evaporimétrico Classe A é largamente utilizado no Brasil, na Tabela 6.2
abaixo estão indicados valores do coeficiente kp, para o tanque classe A no Estado de São
Paulo.
Tabela 6.2 – Coeficiente kp para o tanque Classe A no
Tanque Classe A
Como o tanque evaporimétrico Classe A é largamente utilizado no Brasil, na Tabela 6.2
abaixo estão indicados valores do coeficiente kp, para o tanque classe A no Estado de São
Paulo.
Tabela 6.2 – Coeficiente kp para o tanque Classe A no
O evaporímetro de Piché é constituído por um tubo cilíndrico, de vidro, de aproximadamente 30 cm de comprimento e um centímetro de diâmetro, fechado na parte superior e aberto na inferior. A extremidade inferior é tapada, depois do tubo estar cheio com água destilada, com um disco de papel de feltro, de 3 cm de diâmetro, que deve ser previamente molhado com água. Este disco é fixo depois com uma mola. A seguir, o tubo é preso por intermédio de uma argola a um gancho situado no interior do abrigo.
Evaporímetro de Piché
Evaporação de lagos e reservatórios
A evaporação da água em reservatórios pode ser estimada a partir de medições de Tanques Classe A, entretanto é
necessário aplicar um coeficiente de redução em relação às medições de tanque.
Isto ocorre porque a água do reservatório normalmente está mais fria do que a água do tanque, que tem um volume
pequeno e está completamente exposta à radiação solar.
E
lago= E
tanque. Ft
Assim, para estimar a evaporação em reservatórios e lagos costuma-se considerar que esta tem um valor de aproximadamente 60 a 80% da evaporação medida em Tanque Classe A na mesma região, isto é:
Onde Ft tem valores entre 0,6 e 0,8.
t
que
lago
E
F
E
tan
Sobradinho: um rio de água para a
atmosfera
O reservatório de Sobradinho, um dos mais
importantes do rio São Francisco, tem uma área
superficial de 4.214 km
2, constituindo-se no maior
lago artificial do mundo, está numa das regiões mais
secas do Brasil.
Em conseqüência disso, a evaporação direta deste
reservatório é estimada em 200 m
3.s
-1, o que
corresponde a cerca de 10% da vazão regularizada do
rio São Francisco.
Esta perda de água por evaporação é superior à
vazão prevista para o projeto de transposição do rio
São Francisco, idealizado pelo governo federal.
Lisímetro
Peso
Medir chuva
Coletar água percolada
Coletar água escoada
Superfície homogênea
Lisímetro:
depósito enterrado, aberto na parte superior, contendo o terreno que se quer estudar. O solo recebe a precipitação, e é drenado para o fundo do aparelho onde a água é coletada e medida.ET = P - D -
R
Medições
Medições
12 1 j 514 . 1 j5
T
I
49239
.
0
I
10
792
.
1
I
10
71
.
7
I
10
75
.
6
a
7
3
5
2
2
Método de Thornthwaite
aI
T
f
ETP
.
1
,
6
10
onde:ETP = evapotranspiração mensal ajustado, em cm;
f = fator de ajuste em função da latitude e mês do ano;
t = temperatura média mensal, em °C; I = índice de calor anual dado por:
Evapotranspiração Potencial
onde:
ETP = evapotranspiração mensal
ajustado, em cm;
f = fator de ajuste em função da
latitude e mês do ano;
t = temperatura média mensal, em
°C;
I = índice de calor anual dado por:
Método de Thornthwaite
Os valores obtidos pela fórmula de
Thornthwaite são válidos para meses de 30
dias com
12 horas de luz por dia. Como o número de
horas de luz por dia muda com a latitude e
também porque há meses com 28 e 31 dias,
torna-se necessário proceder correções. O
fator de correção (f) é obtido da seguinte
forma:
Método de Blaney-Criddle
ETP = p.(0,457.t + 8,13)
Este método foi desenvolvido em 1950, na
região oeste dos EUA, sendo por isso mais
indicado para zonas áridas e semi-áridas, e
consiste na aplicação da seguinte fórmula para
avaliar a evapotranspiração potencial:
onde:
ETP = evapotranspiração potencial, em
mm/mês;
p = porcentagem mensal de horas-luz do
dia durante o ano (“p”) é o valor médio
mensal);
t = temperatura média mensal do ar, em
°C.
Tabela 6.4 – Valores de p
Evapotranspiração Real
A evapotranspiração real em um período qualquer é dada pela equação:
E = Evapotranspiração real, em mm/período; I = Irrigação do tanque, em litros;
P = preciptação pluviométrica no tanque, em litros;
D = Água drenada do tanque, em litros; S = Área do tanque, em m2.
Em condições normais de cultivo de plantas anuais, logo após o plantio, a evapotranspiração real (ETR) é bem menor do que
a evapotranspiração potencial (ETP).
Esta diferença vai diminuindo, à medida que a cultura se
desenvolve, em razão do aumento foliar, tendendo para uma diferença mínima antes da maturação; depois a diferença vai aumentando, conforme pode ser visto na figura 2.5.
A avaliação da ETR a partir da ETP é de grande utilidade para o
planejamento da agricultura irrigada.
Tal avaliação pode ser feita, por meio de coeficientes culturais
(Kc) dados na Tabela 6.5 para algumas culturas, da seguinte forma:
ETR = Kc.ETP
ETR = Kc.ETP
Evapotranspiração Real
Figura 6.4 –
Relação entre ETR e ETP para cultura de ciclo curto.
Tabela 6.5 –
Coeficientes de cultura “Kc”.
