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CURSO HIDROCLIMATOLOGIACURSO HIDROCLIMATOLOGIA

CICLO DEL AGUACICLO DEL AGUA

EVAPORACIONEVAPORACION

EVAPOTRANSPIRACIONEVAPOTRANSPIRACION

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6Fuente: Gleick, P. H., 1996: Water resources. In Encyclopedia of Climate and Weather.

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13Muchos lugares donde la precipitación se almacena en la naturaleza.

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70% de lo que cae al mar, mira la figura

30% de lo que cae a la litosfera, mira la figura

70% de lo que se evapora desde el mar, mira la figura

30% de lo que se evapora desde la litosfera, mira la figura

( ) ( ) ( ) ( )

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Aproximadamente, el 75% de la precipitación promedio anual retorna a la atmósfera por medio de la evapotranspiración (Mutreja 1986).

En climas tropicales, como el colombiano, las pérdidas por evaporación en embalses, ríos y canales son significativas respecto al agua total disponible.

El agua que regresa a la atmósfera en forma de vapor puede provenir de varios lugares como:

• Océanos, mares, lagos, embalses, nieve, etc.

• Suelo húmedo.• Transpiración de

plantas y seres vivos.• Precipitación atrapada

y retenida por superficies vegetales

• Agua acumulada en pequeñas depresiones

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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACION

La presión de vaporLa tasa de agua evaporada es proporcional a la diferencia entre la presión de vapor a la temperatura del agua , ew y la presión de vapor del aire, ea, así:

donde :E: evaporación en mm/dew y ea: presiones de vapor en mm de mercurioC. constante.

Esta ecuación fue deducida por Dalton (1820). Según ella, la evaporación continúa hasta que ew=ea, cuando ew>ea, se produce la condensación delvapor de agua.

La temperaturaLas temperatura del aire y el agua influyen en las tasa de evaporación de un lugar. Mientras mayor sea la temperatura del aire, más vapor de agua puede contener, y a mayor temperatura del agua, mayor facilidad para laevaporación. Generalmente, la evaporación es mayor en climas tropicales y es muy baja en las regiones polares (Shaw,1994)

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El vientoCuando hay evaporación, se incrementa la humedad, hasta que la masa de aire circundante se sature. El viento ayuda a remover el aire saturado, permitiendo que continúe el proceso de evaporación. La velocidad del viento incrementa la evaporación hasta un valor crítico, más allá del cual el viento deja de influir.

Esta velocidad límite del viento es función del tamaño de la superficie delagua. Para grandes cuerpos de agua, se necesitan velocidades del viento muy altas para crear tasas máximas de evaporación (Subramaya,1984).

La presión atmosféricaSi los otros factores permanecen constantes, un decrecimiento de la presión barométrica incrementa la evaporación.

Sales solublesCuando un soluto se disuelve en agua, la presión de vapor de la solución es menor que la del agua pura y por tanto causa reducción de la evaporación. Por ejemplo, para condiciones idénticas la tasa de evaporación del agua de mar es 2-3% menor que la del agua dulce.

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TANQUE EVAPORÍMETRO DE CLASE A.•• Recipiente Recipiente cilcilííndrico fabricado ndrico fabricado a base de hierro a base de hierro galvanizado, 1,21 galvanizado, 1,21 m de dim de diáámetro, metro, 25,4 25,4 cmcm de altode alto

•• El agua de la El agua de la cubeta debe cubeta debe mantenerse a 5mantenerse a 5--7 7 cmcm del borde.del borde.

•• La evaporaciLa evaporacióón n debe calcularse debe calcularse diariamente por diariamente por diferencia entre diferencia entre dos lecturas dos lecturas consecutivas del consecutivas del limnimetrolimnimetro

•• Es recomendable Es recomendable realizar dichas realizar dichas lecturas a primera lecturas a primera hora de la mahora de la maññana ana y a la misma hora.y a la misma hora.

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5. A partir del tanque evaporímetro

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• Es el enfoque más simple para la estimación de la evaporación

• Está basado en la ecuación de conservación de masas

• Por ejemplo: para el cuerpo de un embalse durante un intervalo de tiempo ∆t, de la siguiente forma:

S cambio en el agua almacenada en el embalse en el intervalo de tiempo tQ1 caudal de entrada por el río en el embalseQ2 caudal de salida del embalseI infiltración desde o al embalseP precipitación directamente sobre el embalseESD escorrentía superficial directa alrededor del contorno del embalseE evaporación desde el embalse

Desde el punto de vista teórico, este método es muy bueno, pero desde el punto de vista práctico, es bastante inexacto y tendría una aplicación nula para intervalos de tiempo pequeños

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• Consiste en la aplicación de la ley de la conservación de la energía

• Ha sido usado para encontrar la evaporación en mares y océanos

•El uso de este método depende en gran parte del grado de efectividad de la instrumentación

• un error del orden de un 2% en la medida de la radiación de onda larga puede generar errores de hasta un 15% en la estimación de la evaporación.

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Está basado en la determinación de las masas de vapor que salen de una superficie de agua a la atmósfera.

Todas las ecuaciones de este tipo son basadas primordialmente en la relación enunciada por Dalton.

Los métodos de balance energético y transferencia de masas requieren datos y sobre todo una buena instrumentación, por esto se han desarrollado fórmulas empíricas:

E: evaporación en mm/dew y ea: presiones de vapor en mm HgC: constante.

f(u): función de la velocidad, u, del vientok: constante

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Existen en la literatura muchas expresiones empíricas de este tipo, como las de Meyer, Penman y otros. La fórmula de Meyer tiene la forma:

E: evaporación en in/dia.u: velocidad del viento en mph, a 25 pies por encima de la superficie del lago.k: coeficiente que vale 0.36 para lagos ordinarios y 0.50 para lagos pocoprofundos.ew y ea dependen de la temperatura

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EjemploEncontrar la evaporación diaria en un lago durante un día en el cual los valoresmedios de la temperatura del aire ,Ta, y la temperatura del agua ,Tw, fueron87 ºF y 63 ºF respectivamente; la velocidad del viento 10 mph y la humedadrelativa 20%.

Solución:De la tabla abajo se obtienen los valores de ew y ea para las temperaturasrespectivas del agua y del aire, así:

Para halla ew debemos interpolar entre 60 y 70 oF así:

60 0.56

63 ?

70 0.74

? = 0.614 mmHg = ew

Si en una diferencia de 10oC hay una diferencia de 0.18 In/Hg, en una diferencia de 7oC cual será la diferencia en In/Hg?

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Para halla ea debemos interpolar entre 60 y 70 oF así:

80 0.56

87 ?

90 0.74

? = 1.303 mmHg = ea

Si en una diferencia de 10oC hay una diferencia de 0.39 In/Hg, en una diferencia de 3oC cual será la diferencia en In/Hg?

Pero recuerde que la humedad relativa 20%, es decir:

Ea = 1.303 mmHg x 0.2 = 0.261

E = 0.254 mm/Hg)261.0614.0(*10101*36.0 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=E

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Debido a su simplicidad y bajo costo, es el método más usado en la actualidad para encontrar la evaporación sobre un lago o embalse

Er: evaporación realET: evaporación en el tanqueK: constante de proporcionalidad (0,60 - 0,85,con un valor promedio general de 0,70)

Los valores de K son consistentes de un año a otro, es decir, K es estacionario a nivel anual.

Pero el parámetro K sí tiene variaciones de tipo estacional, debido a efectos de energía almacenada en los lagos.

A partir del tanque evaporímetro

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Ejemplo

Calcular la evaporación semanal en un tanque clase A, si la precipitación y elagua necesaria para mantener el nivel de tanque a una cota fija son lossiguientes:

Si se considera un coeficiente de tanque, K, de 0.8, y un lago vecino tiene un área de 607031 m2, cuál es la evaporación del lago expresada en m3 para el período de 4 semanas?

Y toco agregar 22.86 mm

Si llovieron O mm

Entonces se evaporaron 22.86 mm

Y toco agregar 1.02mm

Si llovieron 26.42 mm

Entonces se evaporaron 27.44 mm

Y toco agregar 23.6 mm

Si llovieron 10.07 mm

Entonces se evaporaron 34.3

mm

Y se regaron 17.8 mm

Si llovieron 46.74 mm

Entonces se evaporaron 28.94 mm

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La evaporación total durante las 4 semanas será: ET=90.83 mm (0.09083 m)

y la evaporación real sobre el lago en volumen será:

Er = 0.8 (0.09083m x 607031 m3) = 44109.3 m3

Er (sem1) = 0.8 x 22.86 = 18.29

Er (sem2) = 0.8 x 27.44 = 21.95

Se calculan para cada semana con los valores totales calculados en la página 34.

Solución

La evaporación en cada semana será la precipitación más (o menos) el agua añadida, así:

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Es decir la tasa de evaporación posible si el suelo estuviera en optimas condiciones de humedad

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Fase donde mas agua transpira

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Es decir la tasa de evaporación posible a las condiciones a las que se encuentra el suelo en un momento determinado.

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Donde:Eto: Evapotranspiración de referencia [mm/día],Rn: Radiación neta en la superficie del cultivo [MJ m2 /día],G: Densidad de flujo de calor en el suelo [MJ m2 /día]T: Temperatura del aire media diaria a 2 m de altura [°C]U2: Velocidad del viento a 2 m de altura [m/ s]es : Presión de vapor de saturación [kPa]ea : Presión actual de vapor [kPa]es - ea : Déficit de presión de vapor de saturación [kPa],∆ : Pendiente de la curva de presión de vapor de saturación en función de la temperatura [kPa /°C]γ: constante psicrométrica [kPa/°C].

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Resumen de las formulas para obtener la Evapotranspiración potencial

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EJERCICIOSEJERCICIOS

392,013,317,630,642,639,742,729,728,242,935,337,531,9P13,714,71514,413,31210,69,79,41011,212,5nº horas luz22,623,219,715,711,59,16,85,157,813,519,4temp

Totaldicnovoctsepagojuljunmayabrmarfebene

1.Usando los datos de Temperatura (oC), numero de horas luz y precipitación (mm) correspondientes a la estación UNIVALLE, calcula le EVR, EVP y compárelas usando el metodo de Thornthwaite2.

Siga las instrucciones por favor, para usar el archivo de excel.

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Thornthwaite2

Reemplace los datos dados en

la pagina anterior aquí

Fíjese bien en la gráfica que obtiene

para los datos dados

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2.Usando los datos calcula le EVR, EVP y compárelas usando el metodo de Penman.

767878788080807977747577Humedad relativa %

11,6014,8221,6329,3736,3440,8141,8639,3033,7425,9118,6612,94Rad. solar extraterrestre (MJ/m2·día)

3,413,934,385,165,545,745,44,874,834,513,963,67Horas de Sol media (h/día)

9,009,7411,1112,5714,0215,1215,3814,6513,3711,8510,499,30Número de horas de Sol máximas (h/día)

141414141414141414141414Altura del anemómetro m

2,732,372,412,051,952,142,082,152,672,82,862,74Velocidad viento -anemómetro- (m/s)

5,371012,914,213,911,88,66,15,34,84Temperatura media de mínimas "t" ºC

8,412,51320,120,12017,712,711,110,99,88,8Temperatura media de máximas "T" ºC

8,910,814,117,418,418,115,912,810,49,68,77,7Temperatura media "tm" ºC

dicnovoctsepagojuljunmayabrmarfebene

Siga las instrucciones por favor, para usar el archivo de excel.

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Reemplace los datos dados en

la pagina anterior en las

casillas amarillas

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3. Interprete las graficas resultantes en cada metodo usado para el calculo de la EVR.

4. Comente las diferencias entre los procesos de evaporación y evapotranspiración.

5. Si se conoce la precipitación media mensual de una cuenca, se puede calcular la EVP? Que haría falta para ese calculo y cual sería el método?