Evaporação e Transpiração de Água

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Hidrologia
Profa. Camila Mateus
Evaporação e Transpiração
Evaporação é a transformação da água do estado líquido
para o vapor a partir de uma superfície líquida, solo nu ou
vegetação sobre solo.
Transpiração é a parte da evapotranspiração que vai para a
atmosfera a partir do solo através das plantas.
Evaporação
Grandezas características da evaporação:
 Perda por evaporação (E) – é o volume de água evaporada
por unidade de área horizontal (expressa em mm) durante
um certo período de tempo.
 Intensidade de evaporação(mm/h ou mm/dia) – é a
velocidade com que se processa as perdas por
evaporação.
Evaporação
Importância da evaporação:
 Cálculos de perdas de água em reservatórios e cálculos de
necessidades de irrigação.
 Cálculo do balanço hídrico
Evaporação
Fatores que influenciam a evaporação:
 Temperatura do ar
 Pressão Atmosférica
 Salinidade da água
 Pressão de Vapor do ar atmosférico
 Umidade Relativa
 Vento
 Natureza da Superfície
 Radiação Solar
Evaporação
 Temperatura
O aumento da temperatura do ar aquece a superfície da
terra e provoca evaporação das massas líquidas expostas
(superfície) e no interior do solo.
 Pressão Atmosférica
Pressão exercida pelos vários gases contidos na atmosfera,
inclusive o vapor d’água.
 Salinidade da Água
O aumento do teor de salinidade reduz a evaporação de 2 a
3% da água doce para a água do mar
Evaporação
 Pressão de vapor
A pressão de vapor é devida a evaporação da água e quanto
maior for essa pressão tanto maior será a umidade do ar. O
valor máximo da pressão de vapor é dita pressão de
saturação de vapor, nessas condições o ar é dito saturado e
não mais absorve umidade.
 Umidade Relativa
A razão entre a pressão de vapor reinante e a pressão de
saturação de vapor é denominada de umidade relativa:
UR = Pv/Psv
Evaporação
 Vento
O vento é também responsável pela evaporação da água
devido à transferência de massa de vapor entre as camadas
e sua velocidade interfere na circulação atmosférica.
 Natureza da superfície
A evaporação depende muito da cobertura do solo pela
vegetação. Quanto maior for a área vegetada, menor é a
evaporação, pois a vegetação protege o solo.
Evaporação
 Radiação Solar
Fornecida pelo Sol constitui a energia motora para o próprio
ciclo hidrológico e diretamente afeta a evaporação da água
na superfície do solo. Existem três tipos de radiação solar:
Incidente, Refletida e Líquida.
RL= Ri - Rr
Onde:
RL = Radiação Líquida ;
Ri = Radiação Incidente ou global;
Rr = Radiação Refletiva.
A radiação líquida é expressa por:
RL= (1– ) . Ri
Onde:  é o albedo.
Evaporação
Estimativa da Evaporação
A determinação da evaporação de uma superfície líquida
pode ser realizada de duas maneiras:
 Medição : através de aparelhos de medição direta
(evaporímetros ou tanques)
 Estimação: através de fórmulas empíricas ou baseadas na
física da atmosfera estabelecidas com o objetivo de uma
melhor aproximação das condições reais.
Evaporação - medição
 Atmômetros é qualquer instrumento de qualquer forma
usado para medição ou estimativa de diferentes intensidade
de evaporação. O mais usado é o Evaporímetro de Piché –
mede a evaporação, sua superfície é porosa (papel de
filtro) e embebida em água.
 Tanques de Evaporação são tanques que expõem à
atmosfera uma superfície líquida de água permitindo a
determinação direta da evaporação potencial diariamente.
O mais utilizado é o tipo classe A do U.S. Weather Bureau
que é um tanque circular galvanizado ou metal equivalente.
Ep = Etanque x Kt
Onde:
Ep = evaporação potencial
E = evaporação do tanque classe A
Kt = coeficiente do tanque (0,76)
Evapotranspiração
 ETP – Evapotranspiração Potencial
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 – Evapotranspiração Real
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 ETP (Gangopadhyaya et al, 1968)
Evapotranspiração - medição
O Lisímetro consiste em um tanque enterrado com as dimensões mínimas de 1,5 m
de diâmetro por 1,0 m de altura, no solo, com a sua borda superior 5 cm acima da
superfície do solo. O tanque tem que ser cheio com o solo do local, mantendo a
mesma ordem dos horizontes. No fundo do tanque, coloca-se uma camada de brita
coberta com uma camada de areia grossa, que tem a finalidade de facilitar a
drenagem d´água que percolou através do tanque. Após instalado, planta-se grama
no tanque e na sua área externa.
Mede-se a EVT pelo balanço hídrico:
EVT = P - Q - ∆S
Onde:
EVT = Evapotranspiração,
P = Precipitação,
Q = Vazão que infiltrou e drenou,
∆S = Armazenamento no solo obtido pela pesagem
São feitas medições longas de duas semanas a um mês para ∆S ser desprezível, já
que é difícil ser medido precisamente.
Evapotranspiração - medição
Exercício
Um rio cuja vazão média é de 34 m3/s foi represado por uma
barragem para geração de energia elétrica. A área
superficial do lago criado é de 5000 hectares. Medições de
evaporação de um tanque classe A correspondem a 1500 mm
por ano, qual é a nova vazão média a jusante da barragem
após a formação do lago?
Exercício
Um rio cuja vazão média é de 34 m3/s foi represado por uma
barragem para geração de energia elétrica. A área superficial do
lago criado é de 5000 hectares. Medições de evaporação de um
tanque classe A correspondem a 1500 mm por ano, qual é a nova
vazão média a jusante da barragem após a formação do lago?
Solução:
1mm=1L/m2
1 hectare = 1 ha = 10.000m2 = 0,01 km2
E = 1500 x 0,76 mm/ano = 1140mm/ano
E = 1,81 m3/s
Q = 34 – 1,81 = 32,19 m3/s
Redução de 5,3 % da vazão
Infiltração
A infiltração é a penetração da água da superfície do solo
para dentro do solo.
A água move-se através dos vazios, sob a ação da gravidade,
parte é retida pelo solo, a parte restante continua descendo
até atingir uma camada impermeável que a retém, formando
então o lençol de água subterrânea.
A movimentação da água que se encontra dentro do solo
para outro ponto dentro do solo se denomina percolação.
Fases da Infiltração
 Fase de Intercâmbio – a água está próxima a superfície e pode retornar a
atmosfera pela evaporação ou ser absorvida pelas raízes dos vegetais
(Evapotranspiração).
 Fase de Descida – deslocamento vertical da água, quando a ação do peso
próprio da água supera a adesão e capilaridade. Essa fase segue até a
água atingir a camada suporte de solo Impermeável ou a zona saturada.
 Fase de Circulação – devido ao acumulo de água se formam os lençóis
subterrâneos cujos movimentos obedecem a ação da gravidade e as leis
de escoamento subterrâneo.
Infiltração
Alguns Fatores que influem na infiltração:
 Precipitação – quantidade, intensidade e duração
 Tipo do Solo ( a infiltração em um solo argiloso é mais
lenta do que os solos arenosos)
 Granulometria e arranjo das partículas
 Umidade do solo
 Cobertura do Solo (ocupação)
 Topografia (mais íngreme favorece o escoamento)
Infiltração - medição
Infiltrômetro de anel que consiste basicamente de dois
cilindros concêntricos e um dispositivo de medir volumes
da água aduzida ao cilindro interno. Os cilindros
apresentam 25 e 50 cm de diâmetro, ambos com 30 cm
de altura. Devem ser instalados concentricamente e
enterrados 15 cm no solo. Para isso, as bordas inferiores
devem ser em bisel a fim de facilitar a penetração no
solo. Aágua é colocada, ao mesmo tempo nos dois anéis
e, com uma régua graduada, faz-se a leitura da lâmina
d’água no cilindro interno ou anota-se o volume de água
colocado no anel, com intervalos de tempo pré-
determinados. A diferença de leitura entre dois
intervalos de tempo, representa a infiltração vertical
neste período
Infiltração - medição
Simuladores de chuva ou Infiltrômetro de aspersão são equipamentos nos quais
a água é aplicada por aspersão, com intensidade de precipitação superior à
capacidade de infiltração do solo (CI). O objetivo deste teste, portanto, é
coletar a lâmina de escoamento superficial originada pela aplicação de uma
chuva com intensidade superior à CI do solo. Para isso, a aplicação de água é
realizada sobre uma área delimitada chapas metálicas tendo, em um dos seus
lados, uma abertura a fim de ser possível a coleta do escoamento
Vol. Infiltrado = Vol. Total –
Vol. Escoado
Infiltração
 Taxa de Infiltração: é a “velocidade” ou intensidade da
penetração da água no solo (mm/hora, mm/dia etc).
 Se a intensidade da chuva é maior do que a taxa de
infiltração, a água será acumulada na superfície e
começará o escoamento superficial direto.
 Infiltração acumulada: é a quantidade de água total
infiltrada após um determinado tempo (mm)
Infiltração
A taxa de infiltração, normalmente, decai rapidamente
durante a parte incial de uma chuva intensa e atinge um
valor constante depois de algumas horas de chuva. O fatores
responsáveis por este fenômeno incluem:
 O enchimento dos poros finos do solo.
 À medida que o solo umedece, as partículas de argila
colmatam e reduzem o tamanho dos poros.
 O impacto das gotas de chuva no solo faz com que o
material da superfície do solo seja dissolvido e preencha
os poros do solo.
f – Taxa de Infiltração no tempo t
fc – Taxa de Infiltração Constante
fo – Taxa de Infiltração Inicial
t – Tempo
k – Constante que depende do tipo de 
solo
Chuva excedente
Chuva infiltrada
Chuva
Tipos de solo
Tipos de solo
 Grupo A
Solos arenosos, com baixo teor de argila, inferior a uns 8%, não há
rochas nem camadas argilosas e nem mesmo densificadas até a
profundidade de 1,5 m. O teor de húmus /e muito baixo, não
atingindo 1%.
 Grupo B
Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor
teor de argila total, porém ainda inferior a 15%. No caso de terras
roxas este limite pode subir a 20% graças a maior porosidade. Os
dois teores de húmus podem subir, respectivamente, a 1,2 e 1,5%.
Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 1,5m, mas é
quase sempre presente camada mais densificada que a camada
superficial.
Tipos de solo
 Grupo C
Solos barrentos, com teor de argila total de 20% a 30%, mas sem
camadas argilosas ou pedras até a profundidade de 1,2 m. No caso
de terras roxas esses limites podem ser 40% e 1,5m. Nota-se a 60
cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B,
mas ainda longe das condições de impermeabilidade.
 Grupo D
Solos argilosos(30% a 40%de argila total) com camada densificada a
50 cm de profundidade; ou solos arenosos com camada argilosa
quase impermeável ou horizonte de seixos rolados.
Exercício
A partir dos dados de infiltração observados em campo, é possível obter a
curva de infiltração e calcular a lâmina infiltrada utilizando-se a equação de
Horton. Estabeleça a equação de infiltração de Horton a partir da tabela.
Tempo (horas)
Capacidade de infiltração 
(cm/hora)
1 3,4
2 2,9
3 2,6
4 2,3
5 2,1
6 1,9
7 1,8
8 1,7
9 1,6
10 1,5
Resolução
fc=1,5cm/hora
fo=3,4cm/hora
𝑘 =
𝑓0 − 𝑓𝑐
𝐹𝑐
=
3,4 − 1,5
5,85
= 0,325
Equação de infiltração:
𝑓 = 𝑓𝑐 + (𝑓0−𝑓𝑐)𝑒
−k𝑡
𝑓 = 1,5 + 1,9𝑒−0,325𝑡
Tempo 
(horas)
Capacidade de 
infiltração (cm/hora)
Fci
(cm)
1 3,4
2 2,9 1,65
3 2,6 1,25
4 2,3 0,95
5 2,1 0,70
6 1,9 0,50
7 1,8 0,35
8 1,7 0,25
9 1,6 0,15
10 1,5 0,05
Fc 5,85