Slides 8 - Evaporação e evapotranspiração 2021

Prévia do material em texto

Universidade Federal da Bahia
HIDROLOGIA
Processos/variáveis do ciclo hidrológico
Evaporação e 
Evapo+transpiração (Tucci, cap. 7)
Professor:
Lafayette Dantas da Luz
• A evaporação é o processo pelo qual a água se 
transforma do estado líquido para o de vapor.
• Interesse da hidrologia: perdas por evaporação, 
a partir de superfícies líquidas (mares, rios, lagos e 
açudes) e da água acumulada na superfície do 
solo, influindo fortemente nos balanços hídricos. 
Vendo com maiores detalhes:
EVAPORAÇÃO
• Os principais fatores meteorológicos que mais 
influenciam, em geral, são: 
– temperatura da superfície, 
– temperatura e umidade do ar
– intensidade e direção dos ventos
– tipo e condições do solo
Vendo com maiores detalhes:
EVAPORAÇÃO
• Fatores de menor peso na E de superfícies 
líquidas:
– Pressão atmosférica: < Patm → > E (em baixas T e altas 
altitudes isso perde importância
– Material dissolvido: diminui pressão de vapor da água → < E 
– Forma, local e situação do corpo d´água: ventos, ondas, etc.
– Profundidade do corpo d´água: < prof. → > retenção de 
energia → > E
Vendo com maiores detalhes:
EVAPORAÇÃO
• Evaporação em solo nú:
• Solo saturado → condição similar às superfícies de água livres
• Solo não saturado → Evaporação ocorre em camadas mais profundas e 
o vapor deve sofrer difusão para a atmosfera. Maior complexidade.
– Ocorre em 2 estágios: 
» próximo à saturação → 90% da Evaporação máxima possível
» < umidade → vapor deve se difundir no solo, até atingir a atmosfera, 
conforme as de variações de pressão do ar. Controles: condições do 
solo e condutividade hidráulica. Condições climáticas pouco 
importam.
Vendo com maiores detalhes:
EVAPORAÇÃO
MÉTODOS UTILIZADOS PARA 
DETERMINAR A EVAPORAÇÃO 
Os métodos normalmente utilizados para determinar a
evaporação são:
• Medidas diretas com evaporímetros
(ex. tanque classe A, Piché)
• transferência de massa
(relaciona E e pressão de vapor,
1a lei de Dalton, E = b.(esat – eamb) )
• balanço de energia
(radiações, fluxo de calor, etc.)
• balanços hídricos
(dV/dt = Qaf – Qef – E.A + P.A)
Medindo a evaporação: 
EVAPORÍMETROS
Tanques de evaporação: 
podem ser reunidos em quatro classes: 
enterrados, superficiais, fixos e flutuantes. 
O mais usado mundialmente 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
Disposição em campo
ESTAÇÃO EVAPORIMÉTRICA AUTOMÁTICA
EVAPORÍMETROS
Figura: Ev. de Piché
Exemplo de estimativa de Evaporação por Balanço Hídrico
(Tucci, Hidrologia – Ciência e Aplicação, exemplo 7.2)
BH em um reservatório. A precipitação total no mês de janeiro foi de 154mm, a vazão de 
entrada drenada pelo rio principal foi de 24 m3/s. Este rio drena 75% da bacia total que escoa 
para o reservatório. Com base nas operações do reservatório ocorreu uma vazão média de 
saída de 49 m3/s. A relação entre o volume e a área do reservatório encontra-se na tabela 
abaixo. O volume no início do mês era de 288x106 m3 e no final 244x106 m3. Estime a 
evaporação do reservatório.
dV/dt = Qaf – Qef – E.A + P.A → E = (Qaf – Qef)/A + P – (dV/dt)/A
Área média: [ A(t+1) + A(t) ] / 2 = (81,43+92,13)/2 = 86,78 km2
Var. de volume = dV/dt = (244 - 288) . 106 = - 44 . 106 m3
Var. da vazão = (24 / 0,75 – 49) = - 17 m3/s
A evaporação em mm/mês é:
E = [2592 mm/mês].(-17)/86,78 + 154 mm – [1000 mm/mês ].(- 44/86,78) 
E = 153 mm (/mês)
Área 
(km2)
Volume
(106 m3)
10
30
90
110
10
60
270
440
• Dalton demonstrou que a perda de água pela superfície de um lago ou outro 
corpo hídrico é função da radiação solar, das temperaturas da água e do ar, da 
velocidade do vento e da diferença nos valores de pressão de vapor na 
superfície da água e no ar imediatamente acima dela (Dalton, 1802):
E = (es – ea).(a + b.u) - Equação de Dalton
onde E = taxa de evaporação (em mm/dia)
es = pressão de vapor na saturação (em kPa)
ea = pressão de vapor na camada de ar (em kPa)
a, b = constantes empíricas 
u = velocidade do vento (em m/s)
Os estudos empíricos realizados no Lago Hefner, em Oklahoma, levaram a 
uma relação semelhante: 
E = 1,22 (es – ea)u
Transferência de massa
E = (es – ea).(a + b.u) - Equação de Dalton
Pressão de vapor no ar pode ser calculada como o 
produto da umidade relativa e da pressão de vapor de 
saturação, na temperatura do ar.
Balanço de energia
(radiações, fluxo de calor, etc.)
Balanço de energia
(radiações, fluxo de calor, etc.)
Balanço de energia
(radiações, fluxo de calor, etc.)
Vendo com maiores detalhes:
TRANSPIRAÇÃO
• Processo de transferência da água para a atmosfera, 
via a atividade de respiração da biota. 
• Processo decorrente das ações físicas e fisiológicas 
dos vegetais e animais.
• A água absorvida pelos vegetais é liberada, a partir 
de suas folhas (através de seus estômatos), para a 
atmosfera na forma de vapor. 
Vendo com maiores detalhes:
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
É o total de água transferida para a atmosfera através da 
transpiração das plantas e pela evaporação.
Evapotranspiração potencial (ETP): quantidade de água
transferida (sob condições ideais), em uma superfície
extensa completamente coberta de vegetação de porte
baixo e bem suprida de água.
Evapotranspiração real (ETR): quantidade de água
transferida, nas condições reais (existentes) de fatores
atmosféricos e umidade do solo. (ETR < ETP).
Medidas e estimativas
Alguns procedimentos usualmente
empregados para medir ou estimar a
evapotranspiração:
• medidas diretas (lisímetros);
• métodos baseados na temperatura;
• métodos baseados na radiação;
• método combinado;
• balanço hídrico.
Evapotranspiração LISÍMETROS
Maidment, Handbook of Hydrology
Evapotranspiração
LISÍMETROS
Evapotranspiração -
LISÍMETROS
Evapotranspiração -
LISÍMETROS
ai
i
I
t
FcETP )10.(16.=
ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês)
ti = temperatura média do ar (oC) do mês i
Fc = fator de correção, f(latitude e mês) – v.tabela
I = índice de calor anual, calculado por:

=






=
12
1
514,1
5i
itI ti = temperaturas médias 
(oC) dos meses do ano
492,0.01791,0.10.771,0.10.675,0 2536 ++−= −− IIIa
Método de Thornthwaite – f(temperatura)
elaborado com base em bacias do centro e leste dos EUA, de clima 
temperado, com invernos úmidos e verões secos
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
a
I
T
FcETP )10.(16.=
Fc = fator de correção, f(latitude e mês)
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
Método de Thornthwaite – f(temperatura)
Método de Blaney e Criddle
desenvolvido originalmente para estimativas de uso consuntivo em regiões 
semiáridas, assumindo que a disponibilidade de água para a planta em 
crescimento não seria fator limitante (Tucci 1993)
Onde:
E = evapotranspiração potencial diária (mm/dia)
T = temperatura média mensal (ºC)
p = percentagem diária de horas de luz (v.tabela adiante)
( ) pTETP += 13,8.457,0
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
Método de Blaney e Criddle
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
Com melhores resultados que os métodos anteriores, há os 
métodos baseados na radiação solar e temperatura
Equação de Jensen e Haise
( ) 59/08,0.025,0 GTETP +=
Onde:
E = evapotranspiração potencial diária (mm/dia)
T = temperatura do ar (ºC)
G = radiação incidente de onda curta (cal.cm-2.dia-1)
Limitado a intervalos de 5 dias. Dificuldade de dados de G.
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
Método da Radiação
Método de 
Hargreaves
Métodos combinados
ESTIMATIVA DA ETP – Evapotranspiração Potencial
Método de Penman-Monteith
Padrão FAO
Método de Penman
Métodos combinados
Equação de Penman
Baseado no balanço de energia e nas características aerodinâmicasdo processo
Métodos combinados
Equação de Penman
Baseado no balanço de energia e nas características aerodinâmicas do processo
)).(160/5,0.(35,0 2 as eewEi −+=





 +





+= 1.)/(
 i
ef
o EL
q
diammE
2
)3,237/(.5,7
)3,237(
10.38640
T
TT
+
=
+

LpeTaGLq aef )].9,01,0).(.09,056,0.(.)1.([
2/14 +−−−= 
ETP muitas vezes referida como 
ETo ou ETR (ET de Referência, 
ou sob condições-padrão)
Estimando a ET real 
a partir da ETP potencial (ou de referência)
ET real = kc . ETP
ET real = kc . ETP
kc = coeficiente de cultura
v. Tabela
ETP muitas vezes referida como 
ETo ou ETR (ET de Referência, 
ou sob condições-padrão)
Estimando a ET real 
a partir da ETP
FIM