Hidrologia

1. Hidrologia Evapotranspiração Carlos Ruberto Fragoso Jr. http://www.ctec.ufal.br/professor/crfj/ Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves http://www.ctec.ufal.br/professor/mgn/ Ctec - Ufal

2. Evapotranspiração • Conceito Geral • Fatores que afetam a evapotranspiração • Medição da evaporação • Evaporação em lagos e reservatórios • Estimativa da evapotranspiração • Medição • Cálculo

3. Conceito Geral - Evapotranspiração Evaporação (E) – Processo pelo qual se transfere água do solo e das massas líquidas para a atmosfera. No caso da água no planeta Terra ela ocorre nos oceanos, lagos, rios e solo. Transpiração (T) – Processo de evaporação que ocorre através da superfície das plantas. A taxa de transpiração é função dos estômatos, da profundidade radicular e do tipo de vegetação.

4. Ocorre quando o estado da água é transformado de líquido para gasoso devido à energia solar Móleculas da água líquida rompem a barreira da superfície (liberando energia) É necessário que o ar não esteja saturado Definições Evaporação

5. Definições calor latente de evaporação quantidade de energia que uma molécula de água líquida precisa para romper a superfície e evaporar

6. Transpiração  desde as raízes até as folhas, pelo sistema condutor, pelo estabelecimento de um gradiente de potencial desde o solo até o ar Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera proporcional à resistência ao fluxo da água na planta Local de maior resistência ao fluxo O gradiente de tensão de vapor de água também favorece o fluxo Quanto mais seco estiver o ar (menor Umidade Relativa), maior será esse gradiente

7. Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera Evapotranspiração (ET) Processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera através da evaporação (E) e da transpiração (T). Potencial (ETP) Real (ETR)

8. Definições ETP  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  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 evapotranspiração potencial (Gangopadhyaya et al, 1968)

9. Fatores que afetam • Umidade do ar • Temperatura do ar • Velocidade do vento • Radiação solar • Tipo de solo • Vegetação (transpiração)

10. Temperatura • Quanto maior a temperatura, maior a pressão de saturação do vapor de água no ar, isto é, maior a capacidade do ar de receber vapor. • Para cada 10oC, P0 é duplicada

11. Temperatura

12. Umidade do Ar Umidade relativa  medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado Ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor onde UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e ws é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação.

13. Umidade do Ar Também pode ser expressa em termos de pressão parcial de vapor. Lei de Dalton  cada gás que compõe um a mistura exerce uma pressão parcial, independente da pressão dos outros gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar o volume No ponto de saturação a pressão parcial do vapor corresponde à pressão de saturação do vapor no ar, e a equação anterior pode ser reescrita como: onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e es é pressão de saturação.

14. Vento • O vento renova o ar em contato com a superfície que está evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície da folha da planta). • Com vento forte a turbulência é maior e a transferência para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida, e a umidade próxima à superfície é menor, aumentando a taxa de evaporação Vento  remove ar úmido da superfície onde ocorre ET  menos umidade  mais ET

15. Radiação Solar A quantidade de energia solar que atinge a Terra no topo da atmosfera está na faixa das ondas curtas. Na atmosfera e na superfície terrestre a radiação solar é refletida e sofre transformações: • parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas • nuvens (26%) • parte é absorvida pela poeira, pelo ar e pelas nuvens (19%) • parte da energia que chega a superfícies é refletida de volta para o espaço ainda sob a forma de ondas curtas (4% do total de energia incidente no topo da atmosfera)

16. Radiação Solar A energia absorvida pela terra e pelos oceanos  aquecimento destas superfícies  depois emitem radiação de ondas longas Além disso, o aquecimento das superfícies  aquecimento do ar que está em contato  fluxo de calor sensível (ar quente), e o fluxo de calor latente (evaporação) Finalmente, a energia absorvida pelo ar, pelas nuvens e a energia dos fluxos de calor latente e sensível retorna ao espaço na forma de radiação de onda longa, fechando o balanço de energia

17. Radiação Solar

18. Solo e vegetação • Solos arenosos úmidos tem evaporação maior do que solos argilosos úmidos • A vegetação: • Controla a transpiração • Pode agir fechando os estômatos • Busca a umidade de camadas profundas do solo

19. Solo e vegetação Umidade do solo  uma das variáveis mais importantes na transpiração Solo úmido  plantas transpiram livremente  taxa de transpiração controlada pelas variáveis atmosféricas Solo começa a secar  fluxo de transpiração começa a diminuir Condições ideais de umidade do solo  ETP Condições reais de umidade do solo  ETR

20. Determinação da evaporação e da ET Evapotranspiração Evaporação Medidas diretas Transferência de massa Temperatura Balanço de energia Radiação Equações empíricas Combinado Balanço hídrico evaporímetros

21. Evaporação Transferência de massa Relação entre a evaporação e a pressão de vapor, com a introdução do efeito do vento Leva em conta a radiação solar: efetiva de ondas curtas, efetiva de ondas longas, a energia de evaporação, calor sensível por condução, características aerodinâmicas  método de Penman Balanço de energia Equações empíricas Ajuste por regressão das variáveis envolvidas evaporímetros Medida direta  tanque classe A, ... Balanço hídrico Baseia-se na equação da continuidade do lago ou reservatório

22. Evapotranspiração Medidas diretas Lisímetros e umidade do solo ETP  Método de thornthwaite, método de Blaney-Criddle. Para determinar ET  ET = ETP .kc, onde kc  coeficiente de cultura (determinado em lisímetros) temperatura Baseados na variável meteorológica radiação. Equação de Jesen e Haise, ... Radiação Chamada de equação de Penman  adaptar o cálculo da evaporação de superfícies livres para a superfície de interesse  ETP Combinado Balanço hídrico Para intervalos de tempo superiores a 1 semana

23. Evaporímetros  medição direta Evaporação • Tanque classe A • Evaporímetro de Piché

24. Tanque classe A Evaporação • O mais usado  forma circular com um diâmetro de 121 • cm e profundidade de 25,5 cm • Construído em aço ou ferro galvanizado • Pintado na cor alumínio • Instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo • permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior.

25. Tanque classe A Evaporação Tanque "Classe A" – US Weather Bureau • O fator que relaciona a evaporação de um reservatório e do tanque classe A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o valor mais utilizado

26. Tanque classe A Evaporação Fonte : Sabesp

27. Tanque classe A Evaporação Tanque classe A

28. Tanque classe A Evaporação • manutenção da água entre as profundidades • recomendadas  evita erros de até 15% • a água deve ser renovada  turbidez  evita erros de • até 5% • as paredes sofrem com a influência da radiação e da • transferência de calor sensível  superestimação da • evaporação • próximos a cultivos de elevada estatura  • subestimação da evaporação

29. Evaporímetro de Piché Constituído por um tubo cilíndrico, de vidro, de aproximadamente 30 cm de comprimento e um centímetro de diâmetro, fechado na parte superior e aberto na inferior A extremidade inferior tapada, depois do tubo estar cheio com água destilada, com um disco de papel de feltro, de 3 cm de diâmetro, que deve ser previamente molhado com água Este disco é fixo depois com uma mola. A seguir, o tubo é preso por intermédio de uma argola a um gancho situado no interior do abrigo Evaporação

30. Evaporímetro de Piché Evaporação

31. Evaporímetro de Piché Evaporação • Piché é pouco confiável

32. Estimativa da evapotranspiração Evapotranspiração • Medição (mais complicada) • Cálculo

33. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração • Lisímetro • Depósitos enterrados, abertos na parte superior, preenchidos com solo e vegetação característica • Controle das variáveis: • Peso • Medir chuva • Coletar água percolada • Coletar água escoada • Superfície homogênea

34. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração Precipitação no solo  drenagem para o fundo do aparelho  água é coletada e medida O depósito é pesado diariamente, assim como a chuva e os volumes escoados de forma superficial e que saem por orifícios no fundo ET calculada por balanço hídrico entre 2 dias subseqüentes ET = P - Qs – Qb – ΔV E  evapotranspiração P  chuva (medida num pluviômetro) Qs escoamento superficial (medido) Qb é o escoamento subterrâneo (medido no fundo do tanque) ΔV  variação de volume de água (medida pelo peso)

35. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração

36. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração

37. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração

38. Lisímetros  medição direta Evapotranspiração http://jararaca.ufsm.br/websites/matasul-ufsm/1ca53f95af2a6c15feea202899377cc9.htm

39. Cálculo da ETP  baseado na temperatura Evapotranspiração Thornthwaite: empírica, caracterizada por um único fator, a temperatura média. Foi desenvolvida para climas temperados (inverno úmido e verão seco). E = c Ta t = temperatura de cada mês ºC T = temperatura média ºC Blaney-Criddle: também utiliza a temperatura média e horas do dia com insolação, para regiões semi-áridas ETP=(0,457 T + 8,13) p ET = ETP . Kc p = % luz diária kc = é o coeficiente de cultura.

40. Cálculo da ETP  baseado na temperatura Evapotranspiração

41. Thornthwaite Evapotranspiração Para estimar evapotranspiração potencial mensal T = temperatura média do mês (oC) a = parâmetro que depende da região I = índice de temperatura j  cada um dos 12 meses do ano Tj temperatura média de cada um dos 12 meses

42. Exemplo Evapotranspiração Calcule a evapotranspiração potencial mensal para o mês de Agosto de 2006 em Porto Alegre onde as temperaturas médias mensais são dadas na figura abaixo. Suponha que a temperatura média de agosto de 2006 tenha sido de 15,3°C

43. Exemplo Evapotranspiração O primeiro é o cálculo do coeficiente I a partir das temperaturas médias obtidas da tabela. O valor de I é 96. A partir de I é possível obter a= 2,1. Com estes coeficientes, a evapotranspiração potencial é: Portanto, a evapotranspiração potencial estimada para o mês de agosto de 2006 é de 53,1 mm/mês.

44. Mais Equações de cálculo da ET Evapotranspiração • Usando a temperatura e a umidade do ar • Usando a temperatura e a radiação solar • Equações de Penmann (insolação, temperatura, umidade relativa, velocidade do vento)

45. Métodos baseados na temperatura e radiação Evapotranspiração • Jensen Haise • Turc • Grassi • Stephens – Stewart • Makkink

46. Métodos baseados na temperatura do ar e na umidade Evapotranspiração • Blaney-Morin • Hamon • Hargreaves • Papadakis

47. Equações combinadas Evapotranspiração • Penman  evaporação • Christiansen • Van Bavel • Penman - Monteith  ampliação de • Penmanpara • ETR de uma • superfície • vegetada

48. Penman Evapotranspiração • Combina • poder evaporante do ar • temperatura, umidade, velocidade do vento • poder evaporante da radiação

49. Penman Evapotranspiração Em que se baseia a equação de Penman? • Radiação atmosférica de ondas • longas • Fluxo de calor por condução • Fluxo de calor por perda por • evaporação • Radiação efetiva de ondas • curtas • Radiação atmosférica de • ondas longas W.m-2 VC • Energia de • entrada • Energia de • saída

50. Penman Evapotranspiração Em que se baseia a equação de Penman? ondas curtas a.Ssup • Radiação no topo da atmosfera • (Stop) • Radiação incidente de onda • curta (Ssup) • Radiação efetiva de ondas curtas •  Radiação líquida na superfície • (RL) Stop Ssup RL W.m-2