Estimación de La Evapotranspiración

7/24/2019 Estimacin de La Evapotranspiracin

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Bioagro 20(2): 89-95. 2008

ESTIMACIN DE EVAPOTRANSPIRACIN DE REFERENCIA ANIVEL MENSUAL EN VENEZUELA. CUL MTODO UTILIZAR?

Ricardo Trezza1

RESUMEN

La determinacin de las necesidades de riego de los cultivos se basa en la estimacin precisa de la evapotranspiracin dereferencia (ETo) de cada zona en particular, y a su vez, las posibles alternativas para la estimacin estn sujetas a la limitacin dela informacin meteorolgica existente en cada pas. En este trabajo se analizaron varias metodologas disponibles para realizarestimaciones de EToa nivel mensual en Venezuela a partir de la informacin de estaciones meteorolgicas ubicadas en diferentes

regiones del pas. Se encontr que los procedimientos ms aplicables para estas condiciones climticas son los incluidos en lapublicacin de la FAO-56, especialmente el mtodo de FAO Penman-Monteith. La ecuacin de Thornthwaite no resultapropiada, ni tampoco las ecuaciones de la publicacin FAO-24 como son la de Radiacin y la de Penman-modificada, debido aque sobrestiman considerablemente los valores de ETo. El mtodo de Blaney-Criddle puede aplicarse en zonas de baja altitud

cuando slo se cuente con datos de temperatura media del aire. El mtodo de Hargreaves present potencial para su aplicacindebido a que slo utiliza informacin de temperatura mxima y mnima del aire, aunque requiere del clculo de parmetros de

ajuste climtico para cada zona.Palabras clave adicionales: FAO-56, FAO-24, Penman-Monteith, Hargreaves

ABSTRACT

Estimation of monthly reference evapotranspiration in Venezuela: Which method to be used?The calculation of crop water needs is based on accurate estimate of reference evapotranspiration (ETo) for each particular zone,and in turn, the possible alternatives for estimations are subject to the limitation of meteorological information in each country.The purpose of this work was to analyze several available methodologies for the estimation of monthly reference

evapotranspiration in Venezuela using meteorological data from different weather stations located in the country. It was foundthat the methodologies included in the publication FAO-56, particularly the Penman-Monteith, are the most applicable for theclimatic conditions of the country. The Thornthwaite equation was not appropriate, nor the equations of the publication of FAO-

24 such as Radiation and modified Penman, because they notably overestimate ETo. The method of Blaney-Criddle could beconsidered for low altitude regions when just mean air temperature data are available. The FAO-56 Hargreaves method has a

potential for application due to it just needs minimum and maximum air temperature data, although requires the calculation ofadjusting parameters for each region.Additional key words:FAO-56, FAO-24, Penman-Monteith, Hargreaves

Recibido: Junio 29, 2007 Aceptado: Marzo 3, 20081Dpto. de Ingeniera, Ncleo Universitario Rafael Rangel, Universidad de los Andes. Trujillo. Venezuela.

e-mail: [email protected]

89

INTRODUCCIN

Uno de los componentes ms importantes yms difciles de cuantificar en el balance hdrico

lo representa la evaporacin que ocurre ensuperficies hmedas y cuerpos de agua y latranspiracin que ocurre a partir de la vegetacin

natural y los cultivos. Se denomina

evapotranspiracin (ET) a la suma de laevaporacin y la transpiracin.

La evapotranspiracin que ocurre a partir deuna superficie con vegetacin es funcin de las

condiciones meteorolgicas del rea, as como de

las caractersticas anatmicas y fisiolgicas de lavegetacin (Allen et al., 1994). Debido a que las

caractersticas de la vegetacin que afectan elproceso de evapotranspiracin tienen una granvariabilidad de una especie a otra, ha existido la

tendencia a tratar la evapotranspiracin con baseen una superficie especfica o de referencia, lo que

permite evaluar la ET considerando solamente lasvariables meteorolgicas del rea en estudio. Porlo tanto, la denominada evapotranspiracin dereferencia viene a representar un ndice climtico


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Volumen 20 (2008) BIOAGRO N 2

asociado al rea en estudio, lo que la hace til para

la evaluacin de las condiciones de humedad deun rea determinada, en equilibrio con su clima.

En Venezuela ha existido cierta dificultad a la

hora de evaluar el componente deevapotranspiracin en el balance hdrico, debido a

la escasez de registros meteorolgicosrepresentativos de diversas zonas del pas y la

poca informacin sobre las metodologas msconvenientes a utilizar para cada regingeogrfica. Es por ello que se requiere de estudios

donde se analicen las posibles alternativas deestimacin de la ET, sujetas a la limitacin de

informacin meteorolgica existente en el pas.La ET representativa de una regin geogrfica

puede ser expresada como evapotranspiracinpotencial (ETp), o como evapotranspiracin del

cultivo de referencia (ETo), la forma utilizada en

la actualidad. La Sociedad Americana deIngenieros Civiles (ASCE, 1990) define la ETpcomo la tasa de evapotranspiracin que ocurre apartir del conjunto de suelo hmedo y plantas,

cuando no existen limitaciones de agua, yrepresenta la evapotranspiracin mxima que

podra ocurrir a partir de una superficie cubiertacon vegetacin. Por su parte, el concepto de ETofue desarrollado con el objeto de reemplazar de

manera prctica al trmino de evapotranspiracinpotencial y se define como la tasa de

evapotranspiracin de una superficie extensa de

gramneas verdes, de 8 a 15 cm de altura,uniforme, en crecimiento activo, que sombrean

completamente el suelo y que no tiene

limitaciones de agua (Doorenbos y Pruitt, 1975).Posteriormente, se hizo ms preciso el concepto y

se defini como la tasa de evapotranspiracin deuna superficie extensa y uniforme de gramneas encrecimiento activo y sin limitaciones de agua, con

12 cm de altura, un valor fijo de resistencia de lasuperficie de 70 sm-1y un albedo de 0,23 (Allen

et al., 1998).Al momento de seleccionar una ecuacin para

estimar la ETose debe tomar en consideracin la

necesidad de calibrar y verificar los distintosprocedimientos, antes de proceder a aplicarlos a

un rea en particular. Segn Grassi (1993) elhecho de que prcticamente todos losprocedimientos han sido desarrollados y

verificados en pases de clima templado (conpocas excepciones, entre ellas, la frmula de

Garca y Lpez, 1970) hace riesgosa su aplicacin

a condiciones vecinas a los trpicos, donde

actualmente se llevan a cabo importantes

programas de aprovechamiento de recursos deaguas y tierras.

Doorenbos y Pruitt (1975) mencionan que amenudo se hace necesario aplicar frmulasestimativas de la evapotranspiracin en

condiciones climticas y agronmicas muydistintas de aquellas para las cuales fueron

inicialmente concebidas. Por lo tanto, resulta muyimportante someter a prueba la exactitud de lasfrmulas antes de utilizarlas en un nuevo conjunto

de condiciones. El objetivo de este trabajo fue elde comparar algunos de los principales mtodos

existentes para estimar la evapotranspiracin yevaluar su aplicabilidad a las condiciones de

Venezuela.

MATERIALES Y MTODOS

Se evaluaron los siguientes mtodos deestimacin de la evapotranspiracin potencial(ETp) y la evapotranspiracin de referencia (ETo):

Mtodo de Thornthwaite (TW)Es un mtodo utilizado para estimar la ETp. La

ecuacin es expresada por la siguiente ecuacin

(Guevara, 2003):a

pI

T100,53333ET

=

donde ETp es la evapotranspiracin potencial

[mmd-1]; Tes la temperatura media mensual [oC];I es un ndice de calor anual, calculado como lasuma de los doce ndices mensuales i. Los ndices

i para cada mes y el valor de ase calculan como:1,514

5

Ti

=

( ) 0,49I)(1,79x10I)(7,71x10I6,75x10a 22537 ++=

Los procedimientos para el clculo de ETofueron el de Penman-modificado, el de Blaney-

Criddle y el de Radiacin, todos incluidos en lapublicacin FAO-24 (Doorenbos y Pruitt, 1975),

as como el mtodo de FAO Penman-Monteith yel de Hargreaves, ambos incluidos en la

publicacin FAO-56 (Allen et al., 1998).

Mtodo de Penman modificado (Pmod)La ecuacin modificada de Penman incluye

una funcin del viento y el uso de un factor de

ajuste cbasado en condiciones climticas locales.

La ecuacin es la siguiente:


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Trezza, R. Mtodos para estimar ETomensual en Venezuela

( )

++

+

= actsatfo eeWRncET 7,2)(

donde ETo es la evapotranspiracin del cultivo

de referencia [mmd-1]; Rn es la radiacin neta

en la superficie del cultivo [mmd-1]; esat es la

presin de vapor a saturacin [kPa],correspondiente a la temperatura del aire; eactes la presin real de vapor [kPa]; es la pendientede la curva de presin de vapor a saturacion

[kPaoC-1]; es la constante psicromtrica

[kPaoC-1], Wf es la funcin del viento, y ces un

factor de ajuste.

Mtodo de Blaney-Criddle (BC)La ecuacin es la siguiente:

fbaETo += y )13,846,0( += Tpf donde ETo es la evapotranspiracin del cultivo de

referencia [mmd-1]; T es la temperatura media delaire [oC]. Los valores de a, by pson incluidos en

la publicacin FAO-24 (Doorenbos y Pruitt, 1975)

para distintas condiciones de humedad relativa,

fraccin de insolacin y velocidad del viento.

Mtodo de la Radiacin (Rad)El mtodo de la radiacin es expresado a travs

de la siguiente ecuacin:

RsWbaETo +=

donde ETo es la evapotranspiracin del cultivo de

referencia [mmd

-1

]; Rs es la radiacin solarexpresada en equivalente de evaporacin

[mmd-1]; W es un ndice de ponderacin que

depende de la temperatura y de la altitud; a y b

son coeficientes de regresin que dependen de la

radiacin solar, humedad relativa y velocidad del

viento, segn se incluye en la publicacin FAO-24

(Doorenbos y Pruitt, 1975). En este caso, los datos

de radiacin fueron estimados a partir de la

informacin de insolacin disponible.

Mtodo de FAO Penman-Monteith (PM)Es en la actualidad el mtodo ms aceptado por

la comunidad cientfica para la estimacin de la

evapotranspiracin de los cultivos y es expresado

a travs de la siguiente ecuacin:

( )

++

+

+=

2u0,341

acte

sate

2u

273T

900GRn0,408

oET

donde ETo es la evapotranspiracin del cultivo de

referencia [mmd-1];Rn es la radiacin neta en la

superficie del cultivo [MJm-2d1]; Ges el flujo de

calor en el suelo [MJm-2d1]; T es la temperatura

media del aire [oC]; u2es la velocidad del viento

[ms-1]; esat es la presin de vapor a saturacin

[kPa], correspondiente a la temperatura del aire T;

eact es la presin real del vapor [kPa]; es la

pendiente de la curva de presin de vapor asaturacion [kPaoC-1] y es la constante

psicromtrica [kPaoC-1].

Mtodo de Hargreaves (HG)Es un mtodo sencillo debido a que utiliza

principalmente informacin de temperatura

mxima y mnima, y se aplica a travs de la

siguiente ecuacin:0,5

minmaxo )T17,8)(T(TRa0,0023ET +=

donde ETo es la evapotranspiracin del cultivo

de referencia [mmd-1

]; Ra es la radiacinextraterrestre [mmd-1] que depende de la latitud y

el mes del ao; T, Tmaxy Tminrepresentan el valor

medio, mximo y mnimo de la temperatura del

aire [oC], respectivamente.

Adicionalmente, se adapt la ecuacin de

Hargreaves a condiciones locales correlacionando

sus resultados con los obtenidos con la ecuacin

de PM (Allen et al., 1998) y se determinaron

coeficientes empricos para obtener una ecuacin

ajustada de Hargreaves de la siguiente manera:

(HG)ETba(HG_corr)ET oo +=

donde ETo(HG_corr) es la evapotranspiracin delcultivo de referencia calculada a travs de la

ecuacin ajustada de Hargreaves; a y b son los

coeficientes de la regresin, y ETo (HG) es la

correspondiente ETo calculada con la ecuacin

original de Hargreaves.

Para la aplicacin de los distintos mtodos se

utiliz la informacin meteorolgica incluida en la

publicacin FAO 49 que incluye datos recopilados

hasta el ao 1993 para distintas estaciones en

Venezuela (FAO, 1994) para perodos de por lo

menos 10 aos de registro. Las estaciones

meteorolgicas evaluadas se presentan en elCuadro 1.

Las diferencias porcentuales mensuales entre

los valores de evapotranspiracin obtenidos con

cada mtodo y los obtenidos a travs del

mtodo PM (considerando ste como el ms fiable

de acuerdo con los estudios de Allen et al.

(1998) y EWRI-ASCE (2005)) fueron

promediadas para as obtener diferencias


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porcentuales promedio anuales.

RESULTADOS Y DISCUSIN

En el Cuadro 2 se presentan las diferencias

porcentuales promedio anuales entre los valores

de evapotranspiracin obtenidos con cada mtodo

y los obtenidos a travs de PM.

Se observa que los valores de ETocalculados a

travs de HG presentaron una diferencia

porcentual considerable (en un rango de 31 a

-38 %) lo cual indica que la ecuacin necesita

de ajustes climticos antes de ser aplicada en

determinada rea.

Cuadro 1. Estaciones climticas venezolanas consideradas para el anlisisEstacin Altitud (msnm) Latitud Norte (grados) Longitud Oeste (grados)

Barquisimeto 590 10,04 69,18

Calabozo 106 8,56 67,24

Caracas 835 10,30 66,53

Ciudad Bolvar 43 8,09 63,33

Coro 16 11,25 69,41

Maracaibo 40 10,39 71,36

Maracay 437 10,15 67,39

Mrida 1495 8,36 71,09

Mucuches 2980 8,44 70,55Puerto Ayacucho 73 5,36 67,30

San Antonio 378 7,51 72,27

San Fernando de Apure 47 7,54 67,25

Turn 215 9,15 69,04

Valencia 463 10,10 68,00

Yaritagua 320 10,03 69,03Fuente: FAO (1994)

Cuadro 2. Diferencias promedio anuales (%) entre los valores de ETo con relacin a PM para lasdiferentes estaciones climticas

Estacin PM HG Pmod Rad BC TW

Barquisimeto 0 16 20 19 -4 -9Calabozo 0 -38 22 16 -8 21

Caracas 0 21 18 26 -2 -22

Ciudad Bolvar 0 6 22 11 3 25

Coro 0 8 23 12 4 19

Maracaibo 0 6 23 10 3 24

Maracay 0 16 18 19 -5 -8

Mucuches 0 16 14 24 -26 -40

Mrida 0 19 13 23 -15 -28

Puerto Ayacucho 0 29 14 11 -6 32

San Antonio 0 18 20 11 3 17

San Fernando de Apure 0 10 19 12 -6 14

Turn 0 17 19 12 6 14Valencia 0 31 15 17 4 8

Yaritagua 0 24 16 16 5 8Los valores positivos significan que el mtodo tiende a sobrestimar y los negativos a subestimar la ETo

Con relacin a la frmula Rad, se produjeron

sobrestimaciones del valor de ETo entre 10 y

26 %, aunque se debe hacer notar que para los

clculos se utilizaron datos de insolacin para

estimar los valores propios de radiacin solar.

La frmula BC produjo resultados

satisfactorios en la mayora de las estaciones

consideradas (exceptuando las estaciones andinas


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93


de Mrida y Mucuches) por lo que podra

considerarse como una alternativa viable en los

casos de escasez de informacin meteorolgica

adecuada. La diferencia entre los resultados

obtenidos con el mtodo BC y los

correspondientes a PM fueron menores a 8 %. Es

de destacar que el procedimiento requiri demediciones o estimaciones adecuadas de humedad

relativa mnima e insolacin para llegar a este

nivel de precisin.

La ecuacin de Thornthwaite tendi a

subestimar sensiblemente los valores de EToen las

estaciones ubicadas en las zonas andinas, en

Mrida con 28 % y en Mucuches con 40 %. En

las otras estaciones la tendencia de la ecuacin de

TW fue de sobrestimar los valores de ETo en

porcentajes que variaron entre 8 y 32 %. Se debe

destacar que Thornthwaite correlacion valores de

temperatura media mensual con valores de

evapotranspiracin calculados mediante estudios

de balance hdrico realizados en valles del centro-

este de los Estados Unidos, un rea esencialmente

hmeda. Por lo tanto, los valores obtenidos con la

mencionada frmula son representativos de las

reas donde fueron derivados (ASCE, 1990).

En zonas donde la temperatura media delaire no responda proporcionalmente a los

cambios de otros parmetros, las frmulas basadas

principalmente en temperatura media, tales como

BC y TW no son indicadas. Este es el caso de las

zonas andinas (estaciones de Mrida y Mucuches)

donde la estimacin de la EToes bastante delicada

debido a que las temperaturas medias del aire son

relativamente bajas a pesar de los altos niveles de

radiacin y la influencia de la velocidad del

viento. Por ello los mtodos basados en la

temperatura media del aire producen una

subestimacin de la ETo(Figura 1).

ETp,

ETo

(mmd-)

Mes

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

FAO-56 PMFAO-24 BCFAO-24 Rad

FAO-24 PmodFAO-56 HGTW

Figura 1.Valores mensuales de EToobtenidos a travs de distintos mtodos; estacin Mrida

En las Figuras 1 y 2 se presenta la variacin de

los valores mensuales de ETopara dos estaciones

contrastantes (Mrida y Maracay). Se puede

observar que la diferencia entre los distintos

mtodos fue variable, siendo mayor en Mrida que

en Maracay. En la estacin andina de Mrida los

mtodos fuertemente basados en temperatura

media (TW y BC) subestimaron los valorescalculados a travs de PM, situacin que no se

observa tan claramente en la estacin Maracay.Esto se debe principalmente al hecho de que en las

zonas andinas (de elevada altitud) las temperaturas

medias pueden permanecer bajas a pesar de los

altos niveles de radiacin solar.

En ambos casos, la utilizacin de los

mtodos de Pmod, Rad y HG produjeron

sobrestimaciones de los valores de ETocalculados

a travs de PM.

Con relacin al ajuste de la ecuacin de

Hargreaves y tomado como ejemplo a la estacin

de Caracas, se encontr que la asociacin entre los

valores de EToobtenidos por PM y los obtenidospor HG present un alto coeficiente de

determinacin (R2 = 0,976). La ecuacin de

regresin obtenida fue la siguiente:0,20165HGET0,7748PMET oo +=

por lo que la ecuacin HG fue ajustada como:ETo (HG_corr)= 0,7748 [0,0023*Ra*(T+17,8)(Tmax-Tmin)

0,5]+0,20165

de esta manera, la diferencia porcentual promedio

anual se redujo desde 21 % hasta apenas 1,5 %

cuando se utiliz la ecuacin ajustada de

Hargreaves. En la Figura 3 se puede observar el

efecto del ajuste de la ecuacin de Hargreaves

para la estacin de Caracas.


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En la mayora de las estaciones se logr un

valor de R2 bastante aceptable (>0,80) y una

reduccin considerable de la diferencia porcentual

con respecto a PM, lo que permite indicar que el

ajuste fue satisfactorio para el uso de la ecuacin

de Hargreaves.

ETp,

ETo

(mmd-

)

Mes

7

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

FAO-56 PMFAO-24 BCFAO-24 Rad

FAO-24 PmodFAO-56 HGTW

Figura 2. Valores mensuales de EToobtenidos a travs de distintos mtodos; estacin Maracay

En la estacin de Maracaibo el ajuste de laecuacin de Hargreaves no produjo reducciones

significativas en los errores debido a la poca

correlacin entre los valores de HG y PM

(Figura 4). En la estacin de Calabozo no se

present correlacin alguna entre PM y HG,

atribuido a la poca diferencia entre los valores

de temperatura mxima y mnima reportados

por la FAO (1994) para esta estacin, valores

que deberan ser revisados. Por esta razn, se

debe destacar que toda la informacin a utilizar

para estimar ETo por cualquier mtodo debe

ser sometida inicialmente a un anlisis de

integridad (Allen et al., 1998) para comprobar que

dicha informacin meteorolgica es totalmente

confiable.

4,5

4

3,5

3

2,5

2,5 3 3,5 4 4,5

Caracas

FAO-56 HGFAO-56 HG_corr1:1F

AO-56

HGE

To

(mmd-1)

FAO-56 PM ETo(mmd-1

)

Figura 3. Efecto del ajuste climtico en laecuacin de Hargreaves para la estacin

Caracas

5

4,5

4

3,5

3

Maracaibo

FAO-56 HGFAO-56 HG_corr1:1

3 3,5 4 4,5 5

FAO-56

HGE

To

(mmd-1)

FAO-56 PM ETo(mmd

-1

)

Figura 4. Efecto del ajuste climtico en laecuacin de Hargreaves para la estacin

Maracaibo

CONCLUSIONES

El uso de la frmula de FAO-56 Penman-

Monteith, la ms aceptada en la actualidad, est

limitada slo a algunas regiones del pas, donde

exista toda la informacin meteorolgica

requerida por el mtodo.

La ecuacin de Thornthwaite no es apropiadapara el clculo de evapotranspiracin de referencia

a ser utilizada en balances hdricos regionales y

estimacin de demandas de agua en Venezuela,

principalmente en zonas andinas. Tampoco se

recomiendan las ecuaciones de Penman-

modificado y Radiacin de la FAO-24 debido a

que tienden a sobrestimar considerablemente los

valores de ETo.


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95


Con respecto a la ecuacin de Blaney-Criddle

de la FAO-24 se pudo comprobar que la misma

podra considerarse como una alternativa en los

casos donde slo se cuente con temperatura media

del aire, no conocindose los valores mximos y

mnimos de temperatura. Esta ecuacin no debera

utilizarse en zonas altas (como en Mrida yMucuches) donde la temperatura media del aire

es relativamente baja comparada con los altos

niveles de radiacin solar. En estos casos podra

utilizarse la ecuacin ajustada de Hargreaves que

involucra la diferencia entre las temperaturas

mximas y mnimas del aire u oscilacin trmica,

el cual es un parmetro que responde a esos altos

niveles de radiacin.

La ecuacin de Hargreaves ajustada permiti

obtener resultados satisfactorios, siendo su

principal ventaja la de requerir slo de datos de

temperatura mxima y mnima del aire,informacin disponible en gran cantidad de

estaciones meteorolgicas del pas.

LITERATURA CITADA

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Estimación de La Evapotranspiración

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