A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Hidrologia Evapotranspiração Carlos Ruberto Fragoso Jr. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Hidrologia Evapotranspiração Carlos Ruberto Fragoso Jr. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves"— Transcrição da apresentação:

1 Hidrologia Evapotranspiração Carlos Ruberto Fragoso Jr. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves Ctec - Ufal

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

3 Evaporação (E) – Taxa de conversão da água líquida em vapor, água esta presente nos oceanos, lagos, rios e solo Transpiração (T) – parte do total evaporado para a atmosfera proveniente do solo, através das plantas Conceito Geral - Evapotranspiração

4 Definições Vapor dágua moléculas 10 vezes mais distantes umas das outras que na fase líquida Calor latente de vaporização da água Energia requerida para separá-las em MJ. kg -1 T temperatura na superfície da água em ºC

5 Definições E diferença entre duas taxas: taxa de vaporização (função da temp.) e taxa de condensação (determinada pela pressão de vapor) Diferença nula ar saturado (equilíbrio) Evaporação natural trocas de moléculas de água entre o ar e a superfície livre T é a temperatura em ºC em kPa

6 Definições Tão importante quando e s é o seu gradiente = de s /dT em kPa. C -1 Calor sensível parte da energia radiante que atinge a superfície da terra que não é utilizada para E aquece a atmosfera em contato com o solo movimento ascendente H fluxo de calor sensível (fluxo de calor por unidade de área)

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

8 Transpiração das raízes às folhas, pelo sistema condutor, pelo estabelecimento de um gradiente de potencial desde o solo até o ar Transpiração no sistema solo planta atmosfera 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 proporcional à resistência ao fluxo da água na planta

9 Definições ETP Quant. de água transferida para a atmosfera por E e T, em uma unidade de tempo, de uma superfície extensa, completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água (Penman,1956) ETR Quant. de água transferida para a atmosfera por E e T, 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)

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

11 19% 26% 4% 51% + 19% = 70% evaporação ar quente Radiação Solar 30% 70%

12 Radiação Solar Radiação no topo da atmosfera (S top ) S t (S sup ) Radiação incidente albedo Stop Ssup RLRL. Ssup

13 Radiação Solar

14 MJ. m -2. dia -1 N insolação máxima possível em horas n isolação medida em horas a fração de atinge a superfície em dias encobertos (quando n=0) b fração de atinge a superfície em dias sem nuvens (quando n = N) Radiação Solar

15 Quando não existem dados locais medidos que permitam estimativas mais precisas, são recomendados os valores de 0,25 e 0,50, respectivamente, para os parâmetros a s e b s ; Quando a estação meteorológica dispõe de dados de insolação, a equação acima é utilizada com n medido e N estimado pela equação. Quando a estação dispõe de dados de fração de cobertura, utiliza-se o valor de n/N diretamente Radiação Solar

16 ondas longas para a atmosfera LnLn para a superfície L n radiação líquida de ondas longas que deixa a superfície terrestre

17 Radiação Solar f fator de correção devido à cobertura de nuvens T [ºC] temperatura média do ar a 2 m do solo emissividade da superfícies constante (σ = 4, MJ. m -2. ºK -4. dia -1 ) MJ. m -2. dia -1

18 Balanço por unidade de área RLRL Radiação líquida (ondas curtas) Calor transferido para o solo por condução Fluxo de calor sensível Energia usada na evaporação Arm. temp. Energia absorvida por processos bioquímicos Perda associada com o mov. do ar

19 Balanço por unidade de área RLRL E + H = R L – G – S – P - A d A = E+H A = R L – G – S – P - A d A energia disponível para calor latente e para o calor sensível MJ. m -2. dia -1 Geralmente 2% de R L P Geralmente negligenciados S AdAd

20 Por simplicidade, G pode ser considerado nulo T d é a temperatura do solo no dia que se deseja calcular a ET T 3d é a temperatura do solo 3 dias antes Balanço por unidade de área Condução principal mecanismo de transferência de calor para o solo Para flutuações diárias de temperatuta (prof. efetiva de um solo típico igual a 0,18 m)

21 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 Temperatura ( o C) P 0 (atm)0,00620,01250,02380,0431 Temperatura Para cada 10 o C, P 0 é duplicada

22 Umidade relativa (UR) medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado Onde w massa de vapor por massa de ar e w s é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação e pressão parcial de vapor no ar e e s é pressão de saturação Umidade do Ar

23 Renova o ar em contato com a superfície que está evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície da folha da planta) Vento forte turbulência maior transferência para regiões mais altas da atmosfera mais rápida umidade próxima à superfície menor aumenta taxa de E Vento Vento remove ar úmido da superfície onde ocorre ET menos umidade mais ET

24 Vegetação e solo A vegetação: o Controla a transpiração o Pode agir fechando os estômatos o Busca a umidade de camadas profundas do solo Umidade do solo uma das variáveis mais importantes na transpiração o Solo úmido plantas transpiram livremente taxa de transpiração controlada pelas variáveis atmosféricas o Solo começa a secar fluxo de transpiração começa a diminuir o Condições ideais de umidade do solo ETP o Condições reais de umidade do solo ETR Solos arenosos úmidos tem evaporação maior do que solos argilosos úmidos

25 Determinação da evaporação e da ET

26 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 Ajuste por regressão das variáveis envolvidas Medida direta tanque classe A,... Baseia-se na equação da continuidade do lago ou reservatório Evaporação

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

28 Tanque classe A Evaporímetro de Piché Evaporímetros medição direta Tanque Classe A 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

29 Tanque classe A 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

30 Tanque classe A Fonte : Sabesp

31 Tanque classe A

32 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

33 Constituído por um tubo cilíndrico, de vidro ( 30 cm) de comprimento e um 1 cm 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 Evaporímetro de Piché

34 Piché é pouco confiável

35 Medição (mais complicada) Cálculo Estimativa da evapotranspiração

36 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 Lisímetros medição direta

37 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 - Q s – Q b – ΔV E evapotranspiração P chuva (medida num pluviômetro) Q s escoamento superficial (medido) Q b é o escoamento subterrâneo (medido no fundo do tanque) ΔV variação de volume de água (medida pelo peso)

38 Lisímetros medição direta

39

40 ufsm/1ca53f95af2a6c15feea cc9.htm

41 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) Mais Equações de cálculo da ET

42 Jensen Haise, Turc, Grassi, Stephens – Stewart, Makkink, Blaney-Morin, Hamon, Hargreaves, Papadakis Estimação a partir da temperatura somente é recomendada se não houver outra opção equação de Hargreaves provoca erros da ordem de 10 a 15% Blaney-Criddle diminui estes erros Métodos baseados na temperatura e radiação

43 Cálculo da ETP baseado na temperatura Thornthwaite: empírica, caracterizada por um único fator, a temperatura média. Foi desenvolvida para climas temperados (inverno úmido e verão seco) E = c. T a 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. k c p = % luz diária k c = é o coeficiente de cultura.

44 Cálculo da ETP baseado na temperatura

45 Para estimar evapotranspiração potencial mensal T = temperatura média do mês ( o C) a = parâmetro que depende da região I = índice de temperatura Thornthwaite j cada um dos 12 meses do ano T j temperatura média de cada um dos 12 meses

46 Exemplo MêsTemperatura Janeiro24,6 Fevereiro24,8 Março23,0 Abril20,0 Maio16,8 Junho14,4 Julho14,6 Agosto15,3 Setembro16,5 Outubro17,5 Novembro21,4 Dezembro25,5 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

47 Exemplo 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.

48 Equações combinadas Penman evaporação Christiansen Van Bavel Penman - Monteith ampliação de Penman para ETR de uma superfície vegetada

49 Combina – poder evaporante do ar (temperatura, umidade, velocidade do vento) – poder evaporante da radiação Penman

50 Penman - Monteith Penman + introdução de um fatores de resistência que leva em consideração o stress de umidade da vegetação e do solo Analogia com a resistência elétrica

51 Penman - Monteith Toda a energia disponível para E é acessível pela planta e o vapor d´água se difunde contra Resistência superficial (estômatos) Resistência aerodinâmica

52 Penman - Monteith Resistência estomática das folhas resistência ao fluxo de vapor por difusão molecular (solo-caule- galho-folhas (estômatos) Resistência superficial da vegetação (r s ) Estômatos abrem ou fecham segundo a demanda por UR (atmosfera) e umidade do solo) Diferente para os diversos tipos de plantas e depende de variáveis ambientais (umidade do solo, temperatura do ar e radiação recebida pela planta)

53 Penman - Monteith Valores de referência (boas condições de umidade) – Grama: r s = 69 s/m (ETP) – Florestas superficiais: r s = 100 s/m Resistência estomática das folhas depende da disponibilidade de água no solo em condições favoráveis valores de resistência estomática e, em consequência, os de r s mínimos Resistência superficial da vegetação (r s )

54 Penman - Monteith Controla a taxa de transferência de vapor dágua do solo (difusão turbulenta) inversamente proporcional ao vento e varia com a altura da vegetação que cobre o solo Resistência aerodinâmica (r a )

55 Penman - Monteith Velocidade do vento a 10 m de altura (m/s) z 0 é a rugosidade da superfície h é a altura da vegetação em m Resistência aerodinâmica (r a )

56 Penman - Monteith Inversamente proporcional à altura dos obstáculos enfrentados pelo vento, pois estes que geram a turbulência Resistência aerodinâmica (r a ) rara

57 Penman - Monteith Velocidade do vento a 10 m de altura u m,2 é a velocidade do vento a 2 m de altura em m/s z 0 é a rugosidade da superfície Estações climatológicas normalmente dispõe de dados de velocidade do vento medidas a 2 m de altura. Para converter estes dado a uma altura de referência de 10 m é utilizada a equação ao lado

58 Penman - Monteith

59 RLRL A = E+H A = R L – G A energia disponível para calor latente e para o calor sensível MJ. m -2. dia -1 Penman - Monteith

60 Vegetação molhada (durante ou imediatamente após uma chuva ou depois da irrigação) fonte do vapor de água não está dentro das folhas os estômatos não são mais efetivos em restringir a evaporação r s = 0 Evaporação potencial superfície extensa de água livre r s = 0 Penman - Monteith

61 ETR ETP Umidade do solo Smx ETR = evapotranspiração depende da umidade do solo Relações

62 Períodos de estiagem mais longos ET retira umidade do solo ET diminui A redução da ET não ocorre imediatamente Para valores de umidade do solo entre a capacidade de campo e um limite ET não é afetada pela umidade do solo A partir deste limite ET diminuída mínimo (normalmente zero) no ponto de murcha permanente Neste ponto r S atinge valores altíssimos

63 Penman - Monteith

64 Massa específica do ar P A é a pressão atmosférica em kPa T é a temperatura do ar a 2m da superfície em ºC Massa específica do água T W é a temperatura da água em ºC

65 Penman - Monteith Pressão de saturação do vapor (e s ) T é a temperatura do ar a 2m da superfície em ºC Pressão real de vapor de água no ar (e d ) UR é a umidade relativa do ar em %

66 Penman - Monteith Calor latente de vaporização (λ) em MJ. kg -1 T é a temperatura do ar a 2m da superfície em ºC Constante psicrométrica (γ) Taxa de variação da pressão de saturação do vapor com a temperatura do ar (Δ) T é a temperatura do ar a 2m da superfície em ºC

67 Penman – Monteith passos 1.Obter o dia Juliano (J) para a data que se deseja calcular a ET 2.Obter a latitude ( ), em graus, do local que se deseja calcular a ET 3.Calcular a declinação solar em radianos 4.Calcular a distância relativa da terra ao sol (d r )

68 5. Calcular o ângulo ao nascer do sol em radianos (ω s ) é a latitude do local em radianos é declinação solar em radianos Penman – Monteith passos 6. Calcular a insolação máxima (N) para a localização desejada

69 7. Calcular a radiação solar que atinge o topo da atmosfera (S TOP ), em MJ.m -2.dia -1 é a latitude do local em radianos é declinação solar em radianos ω s é o ângulo do sol ao nascer em radianos Penman – Monteith passos

70 Radiação no topo da atmosfera (Stop) função da latitude, distância sol-terra e época do ano

71 8. Calcular a radiação solar que atinge o topo da superfície (S SUP ), em MJ. m -2. dia -1 N insolação máxima possível em horas n isolação medida em horas a fração de atinge a superfície em dias encobertos (quando n=0) b fração de atinge a superfície em dias sem nuvens (quando n = N) Penman – Monteith passos

72 Estime a evapotranspiração média, em mm/dia, através da equação de Penman-Monteith para a cidade de Maceió (posto Inmet Ufal), no sábado, dia 23/04/2011 Exercício Abrir planilha A cessar observações estações automáticas ou convencionais localizar a estação da Ufal no mapa colocar a latitude na planilha clicar em dados escolher data e baixar os dados podem ser colocados no Excelhttp://www.inmet.gov.br/

73

74 Exercício

75 Dados meteorológicos

76 Dados meteorológicos

77 Método de estimativa simples com base nos dados precipitação e vazão de uma bacia A equação da continuidade S(t+1)=S(t) + (P –E - Q). t Desprezando a diferença entre S(t+1) – S(t) Q= P- E Simplificação aceita para t longos como o um ano ou sequência de anos Balanço hídrico

78 Exemplo: Uma bacia (Rio Passo Fundo) com Precipitação média mm e Vazão de 803 mm (valores médios de 10 anos). A evaporação real é E= 1941 – 803 = 1137 mm O coeficiente de escoamento é a relação entre Q/P C = 803/1941 = 0,41 ou 41% da precipitação gera escoamento. Balanço hídrico

79 mm/anom 3 /s A = Área da bacia Q = vazão Conversão de unidades

80 Reservatórios são criados para regularizar a vazão dos rios, aumentando a disponibilidade de água e de energia nos períodos de escassez Entretanto, cria-se uma vasta superfície líquida que disponibiliza água para evaporação, o que pode ser considerado uma perda de água e de energia Evaporação em reservatórios

81 A evaporação da água em reservatórios estimada a partir de medições de tanques de Classe A Entretanto é necessário aplicar um coeficiente de redução em relação às medições de tanque a água do reservatório normalmente está mais fria do que a água do tanque, que tem um volume pequeno e está completamente exposta à radiação solar Evaporação em reservatórios

82 Assim, para estimar a evaporação em reservatórios e lagos costuma-se considerar que esta tem um valor de aproximadamente 60 a 80% da evaporação medida em Tanque Classe A na mesma região, isto é: Onde F t tem valores entre 0,6 e 0,8. Evaporação em reservatórios

83 Evaporação em lagos e reservatórios Reservatório de Sobradinho constituindo-se no maior lago artificial do mundo, está numa das regiões mais secas do Brasil área superficial de km 2 Evaporação direta deste reservatório é estimada em 200 m 3.s -1 10% da vazão regularizada do rio São Francisco Esta perda é superior à vazão prevista para o projeto de transpiração do rio São Francisco

84 Um rio cuja vazão média é de 34 m 3 /s foi represado por uma barragem para geração de energia elétrica. A área superficial do lago criado é de hectares. Medições de evaporação de um tanque classe A correspondem a mm por ano. Qual é a nova vazão média a jusante da barragem após a formação do lago? Exercício

85 E = x 0,7 mm/ano E = 1,66 m 3 /s Q = 34 – 1,66 = 32,34 m 3 /s Redução de 4,9 % da vazão Solução

86 Deseja-se construir um reservatório em um rio, cuja bacia possui uma área de 50 km 2. A área de inundação do reservatório é de 10 km 2. Estime qual deve ser a redução de vazão média disponível na bacia. Considere que a evaporação potencial da superfície da água é de mm por ano. A evaporação estimada por balanço hídrico antes da construção do reservatório foi de mm por ano. Nestas mesmas condições, a vazão média era de 1,41 m 3 /s e a precipitação de mm por ano. Exercício

87 ET após a construção ET = (0, )/50 = 1.105,6 mm/ano Q após a construção Q = ,6 = 835,4 mm/ano Redução de Q Q antes = 1,41 m 3 /s Q depois = 835,4 mm/ano = 1,325 m 3 /s Redução de 6,45% Exercício


Carregar ppt "Hidrologia Evapotranspiração Carlos Ruberto Fragoso Jr. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google