Presentación 09:EvapotranspiraciónHIDROLOGIA

Transpiración

Pasaje de agua presente en vegetales, en estado líquido hacia atmósfera, en estado de vapor.

Transpiración

Mayor parte del agua que plantas absorben es transpirada (por lo general 99%).

Transpiración

• Flujo de transpiración depende de varios aspectos que ofrecen resistencia, entre ellos los relacionados con difusión y con anatomía de hoja.

• Factor que más influye en transpiración (flujo transpiratorio) es abertura de estomas.

• En mayoría de plantas, estomas se abre generalmente en mañanas y se cierra en tardes.

Transpiración

Estomas

• Estomas: aberturas intercelulares ubicadas por debajo de hojas, y que están abiertas durante el día, para permitir ingreso de dióxido de carbono.

Factores que Afectan Transpiración

Factores que Afectan Transpiración

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Medición de Transpiración• Existen ciertas técnicas estándar como son: métodos

gravimétricos, medición del vapor de agua, métodos volumétricos y de conductancia estomática.1. Pesada de plantas en potes. 2. Cambios en volumen de una solución o del agua. 3. Se puede recolectar agua transpirada, introduciendo una

rama en una bolsa transparente de plástico, que se ata al tallo; agua transpirada se condensa en interior de bolsa; luego se mide volumen de agua o se pesa bolsa con liquido.

Evapotranspiración• Evapotranspiración: suma de

cantidades de agua que se pierden por evaporación y por transpiración.

• Se puede determinar por factores físicos (radiación solar, temperatura, velocidad del viento y humedad) y biológicos (cobertura vegetal y conductancia estomática).

Proceso conjunto de pérdida de agua, desde suelo y desde plantas. Depende de demanda evaporativa de atmósfera, en razón del clima (temperatura, humedad del aire y viento).

Evapotranspiración

Evapotranspiración depende de condiciones del clima, cultivos y de humedad del suelo

TemperaturaRadiación solarVientosHumedad atmosféricaVegetaciónUso de la tierra y cobertura vegetalCondiciones locales y regionales

– Topografía (pendientes, elevación)– Incidencia de radiación solar

Factores que Afectan Evapotranspiración

Período del cultivo: en un cultivo recién sembrado, casi todo el suelo permanece descubierto, por lo que rayos del sol caen directamente sobre superficie, calentando el suelo. Se pierde más agua por evaporación que por transpiración. A

medida que plantas crecen, logran cubrir cada vez más superficie del suelo.

En ese momento, rayos del sol ya no caen directamente al suelo sino más bien en cultivo.

Así se producen más pérdidas de agua por transpiración, que por evaporación.

Factores que afectan …

Factores que afectan … Tiempo y clima: cuanto más sol haga o más viento sople, mayor será evaporación de agua del suelo.

Evapotranspiración Depende de mismos factores que

controlan evaporación: disponibilidad de energía y transporte de vapor aunque; además incide disponibilidad de humedad en superficie evaporante.

A medida que suelo se seca, tasa de evapotranspiración disminuye en relación a la que existiría si suelo continuara mojado

Evapotranspiración del Cultivo de referencia, Eto:

Máxima ET que podrá ocurrir, considerando un cultivo de referencia, si existe una reserva de agua suficiente en el suelo en todo momento.

Evapotranspiración del cultivo (ETc) puede determinarse a partir de evapotranspiración del cultivo de referencia, ETo, según expresión:

ETc = ETo * Kc

Evapotranspiración del Cultivo, ETc

Evapotranspiración del cultivo, ETc Kc es un coeficiente de

cultivo adimensional que varía con cultivo y su desarrollo vegetativo.

Unidades comunes de medida de ETo y ETc suelen ser mm/día, mm/mes o mm/temporada.

Kc de Cultivos

Evapotranspiración del Cultivo (ETc)

ETo para una determinada condición de clima; tipo y estado de desarrollo de planta y condiciones de humedad del suelo.

ETc se determina multiplicando ETo por coeficiente de cultivo (Kc), que depende de etapa de desarrollo de planta, altura de planta y superficie foliar.

Evapotranspiración del cultivo (ETc)

ETc representa demandas netas de agua de cultivos; cantidad de agua necesaria para reponer pérdidas de agua por evapotranspiración y mantener equilibrio hidrológico del sistema suelo-planta.

De no reponerse agua perdida por evapotranspiración plantas se marchitan y mueren.

Métodos para determinar ET ET es un fenómeno complejo en que interactúan

factores o variables del clima, planta, suelo y eventualmente manejo.

Métodos desarrollados se pueden clasificar en:

a) medición directa;

b) medición indirecta (balance hídrico);

c) formulaciones teóricas (ec. de Bowen) y

d) formulaciones empíricas.

Medición directa de ETA través del lisímetro, o tanque de evapotranspiración, que consiste en aislar una porción del terreno, incluyendo vegetación, en donde se pueda medir exactamente agua que ingresa (por precipitación o riego) y agua que sale (por drenaje) en un determinado tiempo en que se considera que no hay variación en almacenamiento de agua dentro del sistema (lisímetro).

ET = lluvia + riego – drenaje

LisímetrosDiferencia entre cantidad de agua que ingresa y que sale del lisímetro será igual a evapotranspiración:

a) de drenaje b) de pesada

LisímetrosEsquemas de lisímetros:

a) de pesadab) de drenaje

Medición de EToLisímetro: tanque rectangular

(l = 3 m; d = 75 cm; h = 0,7 a 3 m) o

cilíndricos, dentro del que se hace crecer pasto o grass.

Medición de ETcLisímetros instalados en diferentes cultivos

Método del

EvaporímetroEto = Kp Ep

Depende de condiciones de instalación de cubeta, tipo de cubeta y

condiciones meteorológicas (HR, v)

Estimación de ETo Para estimación de evapotranspiración del cultivo

de referencia (ETo), existen gran cantidad de fórmulas empíricas, establecidas en base a trabajos de investigación, para diferentes condiciones climáticas.

Existen muchas fórmulas, de ellas, Penman y Hargreaves, se adaptan mejor a condiciones de clima y cantidad de información existente en el Perú.

Estimación de Eto - Hargreaves ETo = 0.023 Ra(Tmax – Tmin)1/2 (Tmed + 17.8)

Eto = Evapotranspiración de referencia. mm/dia

Ra = Radiación Extraterrestre, mm/dia (Ver Tabla)

Tmax = Temperatura máxima media °C

Tmin = Temperatura mínima media °C

Tmed = (Tmax + Tmin) / 2. temperatura media,°C

Radiación Extraterrestre Ra (mm/dia) Hemisferio Sur

Estimación de ETc - Hargreaves ETc = Kc X ETo

ETc = Evapotranspiración de cultivo, mm/dia

Kc = Coeficiente de cultivo (Ver Tabla)

ETo = Evapotranspiración de referencia. mm/dia

Coeficiente Kc

Método de PenmanClimate and ETo (grass) Data (CropWat 4 Windows Ver 4.2)

Country : La Molina Station : A. Von Humboldt Altitude: 238 msnm. Latitude: 12.08 Deg. (North) Longitude: -76.95 Deg. (West) Month MaxTemp MinTemp Humidity Wind Spd. SunShine Solar Rad. ETo (°C) (°C) (%) (km/d) (hours) (MJ/m2/d) (mm/d) January 26.6 18.6 80.0 112.8 6.0 15.9 3.12 February 27.4 19.4 78.0 115.2 6.8 18.3 3.65 March 27.0 19.1 79.0 105.6 7.2 20.1 3.93 April 25.7 17.2 82.0 96.0 7.5 21.1 3.90 May 22.7 15.3 85.0 91.2 5.4 17.7 3.13 June 20.1 14.3 87.0 86.4 3.0 13.8 2.44 July 19.0 13.8 87.0 88.8 2.6 13.3 2.31 August 18.8 13.7 88.0 93.6 2.6 13.4 2.30 September 19.4 13.7 88.0 100.8 3.3 14.3 2.41 October 20.7 14.3 86.0 105.6 4.3 14.9 2.55 November 22.3 15.4 83.0 108.0 4.9 14.6 2.59 December 24.7 17.0 82.0 112.8 5.7 15.0 2.78 Average 22.9 16.0 83.8 101.4 4.9 16.0 2.93

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Estación Antabamba

TM (°C) 11,09 11,03 10,74 11,18 10,99 10,12 10,14 11,23 11,93 12,58 12,94 11,73

TM (°F) 51,97 51,85 51,34 52,12 51,79 50,21 50,26 52,22 53,48 54,65 55,29 53,11

HRM (%) 72,8 75,8 77,8 71,7 64,5 58,4 58,9 59,6 59,6 61,6 64,4 67,9

CH 0,87 0,82 0,78 0,88 0,99 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 0,94

MF 2,68 2,32 2,34 1,96 1,73 1,54 1,65 1,90 2,14 2,49 2,57 2,71

CE 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07

ETP (mm/mes) 129,46 105,34 100,91 96,78 95,22 82,74 88,85 106,16 123,01 145,98 150,73 144,98

Estación: Von Humbolt TM (°C) 21,70 22,50 22,10 20,50 18,00 16,40 15,50 15,20 15,40 16,30 17,80 19,80 TM (°F) 71,06 72,50 71,78 68,90 64,40 61,52 59,90 59,36 59,72 61,34 64,04 67,64 HRM (%) 81 80 80 82 86 87 87 88 88 87 84 82 CH 0,72 0,74 0,74 0,70 0,62 0,60 0,60 0,58 0,58 0,60 0,66 0,70 MF 2,63 2,29 2,35 2,00 1,80 1,61 1,72 1,95 2,17 2,48 2,52 2,64 CE 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 ETP (mm/mes) 135,61 123,95 125,82 97,61 72,30 59,49 61,92 66,88 74,84 91,37 107,67 126,50

Aplicación método de Hargreaves

Variación temporal y espacial de ETo

Demanda de Agua• Demanda: requerimiento de diversos grupos de usuarios

para satisfacer sus necesidades, en cantidad y calidad; presentes o futuras.

• Demandas en sistemas hidráulicos: cantidad de agua que llega a lugares de consumo, considerando pérdidas en sistema y pérdidas que ocurren durante consumo.

• Demanda neta: cantidad de agua que llega a lugar de consumo. Demanda bruta: demanda neta más pérdidas. Relación entre demanda neta y demanda bruta es Eficiencia del sistema (Ef).

Pérdidas de Agua de Riego Gravedad: surcos Ef = 55 a 70% Aspersión Ef = 60 a 80% (clima) Goteo Ef = 85 a 95% Infiltración Subterránea Ef = 80%

Pérdidas en canales: no revestidos

10% en suelos arcillosos 25% en suelos arenosos

de tierra en mal estado de conservación: 50%

revestidos: 5 a 10%

Demandas de Agua

Usos doméstico, municipal, industrial; Caudal ecológico; Irrigación

Demandas de agua pueden ser: poblacionales, agropecuarias, ecológicas, para generación de energía, uso turístico-recreativo, flujo de dilución, usos piscícolas, uso industrial y minero.

ET y Demandas de Agua de Riego

Demandas agrícolas: Necesidades de agua de cultivos, que dependen de condiciones climáticas y tipo de cultivos.

Demanda de Agua de Cultivos Cultivos presentan diferentes características, que se

reflejan en coeficientes de cultivo (kc), que varían mes a mes de acuerdo a cobertura (tipo o grado de desarrollo) que presente el cultivo en ese momento.

Existe metodología de FAO para estimación de kc (Manual Necesidades de Agua de Cultivos, 1976).

Coeficientes de cultivo (kc), multiplicados por ETo mensual dan como resultado evapotranspiración actual (ETc).

ETc = Kc * ETo

Demanda de Agua de Cultivos• ETA menos precipitación efectiva (PE), dan demanda

neta (DN), que afectada por eficiencia de riego (Ef), da demanda bruta (DB), en mm/mes.

DN = ETc – PE• Demanda bruta se convierte en demanda unitaria (DU),

en m3/ha. • Demanda unitaria puede convertirse en módulo de riego

(MR), en l/s/ha, transformando volumen a caudal.

Demanda de Agua de Cultivos• Demanda o volumen total (DT) y caudal (Q) mensual

necesario para satisfacer demandas totales del cultivo o cédula de cultivos del proyecto de riego.

• Relaciones a usarse son:DU = 10 DBDT = DU * A

Q = MR * A = DT * FACTOR• Factor usado para determinar módulo de riego o caudal, es

factor de conversión de unidades de m3/mes/ha a l/s/ha ó m3/mes a m3/s, respectivamente.

Coeficientes de Cultivo• Se obtienen experimentalmente y resumen

comportamiento de cultivos en sistema suelo-planta-atmósfera, integrando factores tales como: características propias de cultivos, época de plantación, siembra y período vegetativo, condiciones climáticas predominantes y frecuencias de riego o de ocurrencia de lluvias.

• Kc, establece relación entre ETo y evapotranspiración real, ETc, de acuerdo a siguiente expresión:

(mm/día)

Kc = ETc/ETo

Germinación yestablecimiento Crecimient

oPleno desarrollo Maduración

Cobertura 80%

Cobertura 10%

Inicio amarillamientoY caída foliar

0

1

KcCiclo de vida de cultivos

ETo (mm/día)

Kc

Frecuencia de riego o lluvia

2 días

10 días20 días

Coeficiente…

Kc para Cultivos Herbáceos y Hortícolas

Demandas de Agua de Cultivos

GRACIAS