UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTEROFACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍAS

HIDROLOGÍA

TPNº5

Evapotranspiración e infiltración

GRUPO 4

ALUMNOS:- MARTINEZ CRISTIAN DANIEL- MORENO LOMBARDI MARTIN

AÑO: 2014

0

1) –

a) La evaporación es el proceso por el cual el agua pasa del estado liquido en que se encuentra en los almacenamientos, conducciones y en el suelo, en las capas cercanas a su superficie, a estado gaseoso y se transfiere a la atmósfera.

Transpiración es el agua que se despide en forma de vapor de las hojas de las plantas. Esta agua es tomada por las plantas, naturalmente, del suelo.La evapotranspiración es la determinación de las perdidas de agua totales; como evaporación de superficies de agua, suelo, nieve, hielo y de cualquier otra superficie mas la transpiración. Los factores que afectan a la evaporación son: Radiación, Temperatura, Viento, Pureza del agua. Los factores que afectan a la ETP son: Radiación, Temperatura, Viento, Pureza del agua, cobertura vegetal, Humedad del suelo.

b) Los instrumentos utilizados para la medición directa de la Evaporación y la ETP son:

1) Tanques de evaporaciónClase AColoradoFlotante

2) evaporímetro de balanza3) porcelanas porosas 4) superficies evaporantes

5) parcelas experimentales6) Lisímetros

c) Método de Penman

Penman propuso combinar los métodos de balance de energía y el aerodinámico. Este planteo también que el flujo de calor en el suelo puede ser despreciad en relación con los demás términos cuando son aplicados para períodos de un día o mas.

A. Distribución de energía en la atmósfera

1Superficie de la RI R

RB(Onda

Onda Onda

Limite exterior de la

1) Rc=Ra (0 ,20+0 , 48

nD )

en donde Ra : es la cantidad de energía que alcanza el limite exterior de la atmósfera; en ((cal / cm2) /día)n: numero actual de horas sol por díaD: máximo numero posible de horas de sol por día

2) R I=Rc(1−r )(0 ,20+0 ,48

nD )

en donde RI : cantidad neta de radiación de onda corta retenida en la superficie de la tierra; en ((cal / cm2) /día)r: albedo de la superficie r = energía reflejada / energía incidente

3) RB=σ T

a4 ( 0 ,47−0 ,077√ea) (0 ,20+0 ,80

nD )

en donde RB : flujo de radiación de onda larga hacia la atmósfera, en ((cal / cm2) /día) Ta : temperatura absoluta del aire, en °K Ta (°K) = 273 + Ta (°c)ea : presión de vapor a la temperatura del aire, en mmHg. . Ta

4 : es la presión de cuerpos negros de stefan-Boltzmann, en donde:

: constante de Lummer y Pringsheim σ=117 ,4 x10−9 cal

cm2 dia ° K 4

4) Cantidad de energía remanente sobre la superficie terrestre y disponible para varios fenómenos, H

H = RI - RB ; en ((cal / cm2) /día)

B. Distribución de energía sobre la superficie terrestre

H = E´o + K + s + A , en ((cal / cm2) /día) en donde

E´o : Calor disponible para evaporación, en ((cal / cm2) /día)

2

s

KE´o

Superficie evaporante

K : abastecimiento de calor por convección(transporte de calor por movimiento de materia) de la superficie del agua al aire que se mueve alrededor de esa superficie, en ((cal / cm2) /día)s : incremento de calor sensible de la masa de agua(cambio en almacenamiento de calor), en ((cal / cm2) /día) A : incremento en calor sensible del medio ambiente(advección), en ((cal / cm2) /día)

5) – Tensión de vapor en el aire e=

ea . H R

100 en mm de Hg.

6) - E ´ a=21 . ( ea−e ) . (0,5+0 ,54 V 2 ) en donde:

V2: velocidad del viento a 2m de altura sobre la superficie evaporante en m/seg.

7) – Evaporación diaria en mm E´0=

Δ . H + γ . E´ aΔ + γ en donde:

= : constante psicrométrica en mmHg / ºc

: pendiente de la curva de tensión saturante para la temperatura del aire en mmHg / ºc

Método de Thorntwaite

Ese método se desarrolló correlacionando datos evapotranspiración potencial medida en evapotranspirómetros localizados en hoyas hidrológicas, con datos de temperatura media mensual y longitud del día.Para un mes de 30 días e insolación diaria de 12 horas:

E j=(10 t j

I )a

x 1,6 en donde

E j : evapotranspiración potencial mensual del mes j, no ajustada en (cm) t j : temperatura media mensual del mes j, °c I : índice de calor

I=∑i=1

12

i j

i j=(t j5 )1 ,514

3

en donde es a: ecuación cubica de la formaa=0,675 x 10-6 I 3 − 0 ,773 x 10−4 I 2 + 1 ,792 x 10−2 I + 0 ,49

Los valores de E j deben ser ajustados a la longitud del día y al numero de días del mes.

Debido a dicho ajuste, los valores de E j obtenidos deben ser multiplicados por un factor de corrección que depende de la latitud y el mes.

Método de Turc

Turc estudio datos de 254 hoyas hidrográficas de todo el mundo, de acuerdo con este

E= P

(0,9 + P2

[L ( t ) ]2 )0,5

en donde:E : evapotranspiración media anual (mm)P : precitación media anual (mmL(t) : 300 + 25.t +0,05.tt : temperatura media anual (ºc)

si P

[L (t ) ]2≤0,1 ⇒ E = P

Método de Blaney y Criddle

Este método fue desarrollado principalmente para zonas áridas y semiáridas. Utiliza como parámetros la temperatura media mensual y un factor ligado a la longitud del día. Los datos son obtenidos con base en la formula siguiente

U=( k p100 ) ( 45 ,72 . t + 812 ,8 ) Ecuación valida para el sistema decimal

en donde:K : coeficiente de uso consuntivoU : uso consuntivo mensual (mm)p : porcentaje de horas diurnas en el mes sobre el total de horas diurnas en el añot : temperatura media mensual (ºc)

4

d) – Infiltración: es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie al suelo; se diferencia de la percolación porque este último es el movimiento de agua hacia abajo desde o a través de la zona no saturada hasta el nivel freático o zona saturada.

Parámetros -Capacidad o tasa de infiltración: Es la capacidad máxima de absorción de agua de un suelo, bajo determinadas condiciones. Se denota “f ” y se mide en [mm/ h].Se define como exceso de precipitación a la diferencia entre la intensidad de lluvia “i” e

infiltraciónen un tiempo dado: Exceso de precipitación =( i – f) ∆ t , [mm]

Sólo se llega a la capacidad de infiltración durante una lluvia si hay exceso de precipitación, de lo contrario el agua absorbida por el suelo “fo” no es la máxima. Entonces se tiene que: si i < f → fo = i si i > f → fo = f -Velocidad de infiltración: Es la velocidad media con que el agua atraviesa el suelo, o el caudal dividido por el área de la sección neta de escurrimiento; no es un buen parámetro porque depende de la permeabilidad y del gradiente hidráulico. La capacidad de infiltración depende de las condiciones de entorno, por lo que es un parámetro mas expresivo.

Factores - Humedad del suelo : Un suelo seco tiene mayor capacidad de infiltración

inicial ya que se suman fuerzas gravitacionales y de capilaridad.- Permeabilidad del suelo : La permeabilidad es la velocidad de infiltración para

un gradiente unitario de carga hidráulica en un flujo saturado a través de un medio poroso. Puede ser afectada por otros factores que la disminuyen como la cobertura vegetal y la compactación del suelo. No depende de las condiciones de entorno pero si del tamaño y distribución de las partículas del suelo, como de la temperatura del agua.

- Temperatura del suelo y condiciones de entorno : Por ser la infiltración un fenómeno de flujo de agua a través del suelo, su medida depende directa o indirectamente de la temperatura del agua y de las condiciones de entorno a cualquier profundidad del suelo. Entre las condiciones de entorno se pueden nombrar: compactación debido a la lluvia, compactación por animales o intervención humana, arado de tierra, formación de grietas por raíces de plantas, etc.

Método de medición directo – InfiltrómetroConsisten básicamente en dos cilindros concéntricos y un dispositivo para medir agua en el cilindro interno; últimamente se sustituye esta técnica por colocar agua también en el cilindro externo para proveer la cantidad necesaria a la infiltración lateral debida a la

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capilaridad, dejando la infiltración propiamente dicha para que sea medida sólo en el cilindro interno. El agua se aplica por medio de aspersión para simular mejor las condiciones reales de lluvia.Los infiltrómetros se hincan en el terreno, pero no son representativos de una superficie extensa, sino que sólo pueden utilizarse para estudios locales en los puntos donde fueron colocados. Entre las desventajas de estos aparatos se pueden citar:

- Al colocarlos se altera el terreno- El recorrido de agua que penetra en estos aparatos es diferente al que realiza

el agua en un área considerable.- La falta de homogeneidad del suelo hace que los resultado obtenidos no sean

muy reales respecto a las condiciones en un área mas extensa.- Para la correcta simulación deben usarse simuladores de lluvia que son muy

costosos.

Método indirecto o estimativoEste método consiste en la medida de la capacidad de infiltración en una hoya por medio de la separación de las componentes del hidrograma.Si se conocen la precipitación y la escorrentía superficial en una hoya, se puede calcular por diferencia la capacidad de infiltración de la misma. Si bien este valor engloba la intercepción y el almacenaje en depresiones, no afecta la solución de los problemas de ingeniería porque en general el objetivo es conocer la escorrentía superficial a partir de la capacidad de infiltración.Para pequeñas hoyas el error producido por el retardo de la escorrentía debido a intercepción y almacenaje en depresiones es menor que para hoyas grandes, por lo que para estas últimas sólo puede calcularse una capacidad de infiltración media.

6

2)-

Datos de la estación agrometeorológica La Maria perteneciente al INTA Latitud: 28° 03’ - Longitud 64° 15’ – Altitud: 169 m.

Penman

n =10,2 horas t=24,0° V2=6,5 m/s HR = 82% RA = 1050 cal/cm2dia N =10.5 hs. =0.75 mmHg/ °Cr : 0.25 césped Constante Psicrometrica =0,50

De la tabla para la temperatura t=24,0 °C

es=29,84 Mbar .1mmHg

1,333 Mbar=22,385mmHg

7

Determinamos:

H r=eaes

⇒ ea=H r . es=0,82 .22,385mmHg=18,355mmHg

Temperatura del aire en ºK

t A° K=t °c+273=24,0° C+273=297 ° K

Gradiente de la Curva de presión de saturación a temperatura aire

∆=e '

s2−e' s1

t ' s2−t' s1

=22,435−22,324,05−23,95

=1.35mmHg°C

Radiación incidente, retenida de onda corta y reflejada de onda larga.

Rc=R A .(0,20+0,48.nN )=1050

cal

cm2. dia.(0,20+0,48.

10,212,7

hshs )=614,787

cal

cm2 .dia

8

R I=Rc . (1−r )=Rc . (1−r )=614,78 . (1−0,25 )=461,085cal

cm2 . dia

RB=σ .T a4 . (0,47−0,077.√ea ) .(0,20+0,80.

nN )=¿117,4 x 10−9 cal

cm2dia ° K 4.(297 ° K )4 . ( 0,47−0,077.√22,385mmHg ) .(0,20+0,80.

10,2hs10,5hs )=93,708

cal

cm2. dia

En donde

RB: flujo de radiación de onda larga hacia la atmósfera, en ((cal / cm2) /día) Ta: temperatura absoluta del aire, en °K T (°K) = 273 + Ta (°c)ea: presión de vapor a la temperatura del aire, en mmHg. . Ta

4: es la presión de cuerpos negros de stefan-Boltzmann, en donde:

: constante de Lummer y Pringsheim σ=117 ,4 x10−9 cal

cm2 dia ° K 4

H=R I−RB=(461,085−93,708) cal

cm2 . dia=367,377

cal

cm2 . dia

Ea'=21. (es−es ) . ( 0,5+0,54.V 2 )=21. (22,385−18,355¿mmh g ) .(0,5+0,54 .6,5

ms )=339,366

cal

cm2 . dia

E0'=

∆ . H+Γ . Ea'

∆+Γ=

0,75mmHg°C

.367,377cal

cm2 . dia+0,50 .339,366

cal

cm2 . dia

0,75mmHg°C

+0,50=445,215

calcm2 . dia

como1mmdia

=60cal

cm2 . dia⟹ E0

'=445,215.

cal

cm2 .dia.1mmdia

60cal

cm2 . dia

=7,420mmdia

Para 31 días del mes de diciembre la evapotranspiración potencial es:

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E0

'=7,420mmdias

.31dias1mes

=230,02mmmes

Thornthwaite

ETP [mm /mes ]= n12

d30

d ε en donde n: cantidad de horas de insolacion efectiva; en este caso n= 0,91

ε : ETP teorica a nivel diario d: cantidad de dias

Mes S O N D E F M A M J J ATemperatura

(ºC) 18,9 22,8 22,5 24 26,6 26,1 23,1 18,5 16,4 10,8 12,5 13,4i 7,49 9,95 9,75 10,75 12,56 12,21 10,15 7,25 6,04 3,21 4,00 4,45I 97,79a 2,14e 10,89n 10,2d 31

ETP(mm/mes) 296,57

Turc

ETP=0,4.( tt+15 ). (Rc+50 )=0,4.( 24 °C

24 ° C+15 ). (614,787cal

cm2 . dia+50)=163,639

mmmes

10

3 Datos:

Mes Factor PTemperetura

mediaK-

AlfalfaK-

ZanahoriaK-

AlgodónSeptiembre 10,18 18,3 0,55 0,7 0,95

Octubre 10,34 22,5 0,75 0,6 0,92

Superficie de Cultivos: 45% alfalfa 20% Zanahoria 35% Algodon

ETP=K . P.( 45,70.t+813100 )

Alfalfa

ETPseptiembre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,55. 10,18.( 45,70.18,3+813

100 )=92,344mmmes

ETPOctubre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,75.10,34 .( 45,70.22,5+813

100 )=142,788mmmes

Zanahoria

ETPseptiembre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,7 .10,18 .( 45,70 .18,3+813

100 )=117,529mmmes

ETPOctubre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,6.10,34 .( 45,70.22,5+813

100 )=114,2311mmmes

Algodón

ETPseptiembre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,95 .10,18 .( 45,70 .18,3+813

100 )=159,504mmmes

ETPOctubre=K . P .( 45,70. t+813100 )=0,92.10,34 .( 45,70.22,5+813

100 )=175,154mmmes

4-

11

Capacidad de infiltración promedio:

I total=∑i=1

18

C I .∆

Luego, la infiltración media será:

I=I total

3horas

Tiempo [mim] 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 170 180∆t [hs] 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17

Inf [mm/hs] 21,6 13,7 7,9 6,1 4,7 4 3,4 3,2 2,9 2,7 2,6 2,6 2,5 2,2 2,1Inf [mm] 3,6 2,3 1,3 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Infiltración total 14,9

Inf media [mm] 5,0

5– Método Servicio de Conservación del Suelo

a) A = 600 Has.; Suelo 90% del grupo hidrológico B; 10% grupo hidrológico C; P =144,1 mm=5,67 pulg

B C

Uso de la tierra % CN Producto % CN Producto

Zona residencial con 20% de superficie impermeable

90 68 6120 10 94 940

6120 940

CN=6120+940100

=70,6

S=1000 pulgCN

−10 pulg=1000 pulg70,6

−10 pulg=4,164=105,77mm

Pe=(P−0,2∙ S)2

P+0,8 ∙ S=

(5,67 pulg−0,2∙4,164 )2

5,67+0,8 ∙4,164=2,6 pulg=66,04 mm

12

b) El 25% se convierte en comercial y el resto sigue siendo residencial, es decir un 75%

B C

Uso de la tierra % CN Producto % CN Producto

Zona residencial con 38% de superficie impermeable

65 75 4875 35 94 3290

4875 3290

CN=4875+3290100

=81,65

S=1000 pulgC N

−10 pulg=1000 pulg81,65

−10 pulg=2,247=57,07 mm

Pe=(P−0,2∙ S)2

P+0,8 ∙ S=

(5,67 pulg−0,2∙2,247)2

5,67 pulg+0,8 ∙2,247=3,65 pulg=92,71mm

Para el Primer caso

Tiempo [hs]Hietograma

[mm]Hietograma Acumulado

Ia [mm]Fa Acum

[mm]Pe Acum

Hietograma Efectivo

0.17 4.10 4.10 4.10 0.00 0.00 0.000.33 4.90 9.00 9.00 0.00 0.00 0.000.50 6.40 15.40 15.40 0.00 0.00 0.000.67 9.30 24.70 21.15 3.34 0.21 0.210.83 21.20 45.90 21.15 20.06 4.69 4.491.00 12.60 58.50 21.15 27.60 9.75 5.051.17 7.50 66.00 21.15 31.50 13.35 3.611.33 5.50 71.50 21.15 34.11 16.24 2.881.50 4.40 75.90 21.15 36.08 18.67 2.44

Pt 75.90 Pe 18.67

13

El coeficiente de escorrentía es:

C e=Pe

Pt

=18,6775,90

=0,245

0.17 0.33 0.50 0.67 0.83 1.00 1.17 1.33 1.500.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Hietograma

Tiempo [hs]

Pre

cip

itac

ion

[m

m]

0.17 0.33 0.50 0.67 0.83 1.00 1.17 1.33 1.500.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Hietograma Efectivo

Tiempo [hs]

Pre

cip

itac

ion

[m

m]

14

Para el segundo Caso

Tiempo [hs]Hietograma

[mm]Hietograma Acumulado

Ia Acum [mm]

Fa Acum [mm]

Pe AcumHietograma

Efectivo

0.17 4.10 4.10 4.10 0.00 0.00 0.000.33 4.90 9.00 9.00 0.00 0.00 0.000.50 6.40 15.40 11.41 3.73 0.26 0.260.67 9.30 24.70 11.41 10.78 2.51 2.250.83 21.20 45.90 11.41 21.50 12.99 10.481.00 12.60 58.50 11.41 25.80 21.29 8.301.17 7.50 66.00 11.41 27.90 26.69 5.401.33 5.50 71.50 11.41 29.27 30.82 4.131.50 4.40 75.90 11.41 30.28 34.21 3.39

Pt 75.90 Pe 34.21

0.17 0.33 0.50 0.67 0.83 1.00 1.17 1.33 1.500.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Hietograma

Tiempo [hs]

Pre

cip

itac

ion

[m

m]

15

0.17 0.33 0.50 0.67 0.83 1.00 1.17 1.33 1.500.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Hietograma Efectivo

Tiempo [hs]

Pre

cip

itac

ion

[m

m]

El coeficiente de escorrentía es:

C e=Pe

Pt

=24,4375,90

=0,45

6)

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov DicPrec (mm) 103 91 90 45 18 11 6 7 9 32 56 79E.T.P. (mm) 119 94 87 61 46 32 31 44 48 86 95 115

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic AnualPrec (mm) 79,2 72,2 72,6 32,8 18 11 6 7 9 32 37 56 432,8E.T.P. (mm)

119 94 87 61 46 32 31 44 48 86 95 115 858

Déficit -39,8 -21,8 -14,4 -28,2 -28 -21 -25 -37 -39 -54 -58 -59 -425,2

16

17