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Hidrologia Evapotranspiração Luiz Carlos Moura Hidrologia Básica Engenharia Civil/Ambiental • Conceito Geral • Fatores que afetam a evapotranspiração • Medição da evaporação • Evaporação em lagos e reservatórios • Estimativa da evapotranspiração – Medição – Cálculo Evapotranspiração 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. Conceito Geral - Evapotranspiração Ocorre quando o estado da água é transformado de líquido para gasoso devido à energia solar Moléculas da água líquida rompem a barreira da superfície (liberando energia) É necessário que o ar não esteja saturado Evaporação Definições Definições quantidade de energia que uma molécula de água líquida precisa para romper a superfície e evaporar. calor latente de evaporação Transpiração desde as raízes até as folhas, pelo sistema condutor, pelo estabelecimento de um gradiente de potencial desde o solo até o ar Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera Local de maior resistência ao fluxo O gradiente de tensão de vapor de água também favorece o fluxo Quanto mais seco estiver o ar (menor Umidade Relativa), maior será esse gradiente proporcional à resistência ao fluxo da água na planta Evapotranspiração (ET) Processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera através da evaporação (E) e da transpiração (T). TEET Potencial (ETP) Real (ETR) Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera Definições ETP Quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, em uma unidade de tempo, de uma superfície extensa, completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água (Penman,1956) ETR Quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, nas condições reais (existentes) de fatores atmosféricos e umidade do solo. A ETR é igual ou menor que a evapotranspiração potencial (Gangopadhyaya et al, 1968) • Umidade do ar • Temperatura do ar • Velocidade do vento • Radiação solar • Tipo de solo • Vegetação (transpiração) Fatores que afetam • 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 10oC, P0 é duplicada Temperatura (oC) 0 10 20 30 P0 (atm) 0,0062 0,0125 0,0238 0,0431 Temperatura Umidade relativa medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado sw w 100UR 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 Umidade do Ar Ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor Também pode ser expressa em termos de pressão parcial de vapor. Lei de Dalton cada gás que compõe um a 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 onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e es é pressão de saturação. se e 100UR % 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 Vento Vento remove ar úmido da superfície onde ocorre ET menos umidade mais ET 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: Radiação Solar • parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas nuvens (26%) • 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 aquecimento destas superfícies depois emitem radiação de ondas longas Além disso, o aquecimento das superfícies aquecimento do ar que está em contato 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 • Solos arenosos úmidos tem evaporação maior do que solos argilosos úmidos Solo e vegetação A vegetação: • Controla a transpiração • Pode agir fechando os estômatos • Busca a umidade de camadas profundas do solo Solo e vegetação Umidade do solo uma das variáveis mais importantes na transpiração Solo úmido plantas transpiram livremente taxa de transpiração controlada pelas variáveis atmosféricas Solo começa a secar fluxo de transpiração começa a diminuir Condições ideais de umidade do solo ETP Condições reais de umidade do solo ETR Determinação da evaporação e da ET Relação entre a evaporação e a pressão de vapor, com a introdução do efeito do vento Leva em conta a radiação solar: efetiva de ondas curtas, efetiva de ondas longas, a energia de evaporação, calor sensível por condução, características aerodinâmicas método de Penman Ajuste por regressão das variáveis envolvidas Medida direta tanque classe A, ... Baseia-se na equação da continuidade do lago ou reservatório Evaporação Lisímetros e umidade do solo ETP Método de thornthwaite, método de Blaney-Criddle. Para determinar ET ET = ETP .kc, onde kc coeficiente de cultura (determinado em lisímetros) Baseados na variável meteorológica radiação. Equação de Jesen e Haise, ... Chamada de equação de Penman adaptar o cálculo da evaporação de superfícies livres para a superfície de interesse ETP Para intervalos de tempo superiores a 1 semana Evapotranspiração • Tanque classe A • Evaporímetro de Piché Evaporímetros medição direta • O mais usado forma circular com um diâmetro de 121 cm e profundidade de 25,5 cm • Construído em aço ou ferro galvanizado • Pintado na cor alumínio • Instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo • permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior. Tanque classe A Tanque classe A Tanque "Classe A" – US Weather Bureau • 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 Tanque classe A Tanque classe A Tanque classe A • manutenção da água entre as profundidades recomendadas evita erros de até 15% • a água deve ser renovada turbidez evita erros de até 5% • as paredes sofrem com a influência da radiação e da transferência de calor sensível superestimação da evaporação • próximos a cultivos de elevada estatura subestimação da evaporação • Lisímetro – Depósitos enterrados, abertos na parte superior, preenchidos com solo e vegetação característica – Controle das variáveis: • Peso • Medir chuva • Coletar água percolada • Coletar água escoada • Superfície homogênea Lisímetros medição direta Lisímetros medição direta Precipitação no solo drenagem para o fundo do aparelho água é coletada e medida O depósito é pesado diariamente, assim como a chuva e os volumes escoados de forma superficial e que saem por orifícios no fundo ET calculada por balanço hídrico entre 2 dias subseqüentes ET = P - Qs – Qb – ΔV E evapotranspiração P chuva (medida num pluviômetro) Qs escoamento superficial (medido) Qb é o escoamento subterrâneo (medido no fundo do tanque) ΔV variação de volume de água (medida pelo peso) Lisímetros medição direta Lisímetros medição direta Lisímetros medição direta Lisímetros medição direta http://jararaca.ufsm.br/websites/matasul- ufsm/1ca53f95af2a6c15feea202899377cc9.htm Exemplo Mês Temperatura Janeiro 24,6 Fevereiro 24,8 Março 23,0 Abril 20,0 Maio 16,8 Junho 14,4 Julho 14,6 Agosto 15,3 Setembro 16,5 Outubro 17,5 Novembro 21,4 Dezembro 25,5 Calcule a evapotranspiração potencial mensal para o mês de Agosto de 2006 em Porto Alegre onde as temperaturas médias mensais são dadas na figura abaixo. Suponha que a temperatura média de agosto de 2006 tenha sido de 15,3°C Exemplo O primeiro é o cálculo do coeficiente I a partir das temperaturas médias obtidas da tabela. O valor de I é 96. A partir de I é possível obter a= 2,1. Com estes coeficientes, a evapotranspiração potencial é: mm/mês 53,1 96 16,510 16E 2,1 Portanto, a evapotranspiração potencial estimada para o mês de agosto de 2006 é de 53,1 mm/mês.
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