Balanço Hídrico Climatológico (BHC)

Apresentação em tema: "Balanço Hídrico Climatológico (BHC)"— Transcrição da apresentação:

1 Balanço Hídrico Climatológico (BHC)
GNE109 Agrometeorologia Prof. Luiz Gonsaga de Carvalho

2 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Armazenamento = 100 mm Precipitação pluvial (chuva) Evapotranspiração potencial Veja explicação no próximo slide

3 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Conforme esquema anterior, o BHC é a contabilização das entradas e saídas de água do sistema solo-planta, sendo que a sua interpretação fornece informações sobre o ganho, perda e armazenamento de água no solo. Como elementos para o cálculo, considera-se precipitação pluvial (P) como fornecimento de água e a demanda de água por esse sistema pela evapotranspiração potencial (ETp).

4 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Sendo o solo o reservatório de água para as plantas deve-se levar em consideração a sua capacidade de armazenamento o que depende de suas propriedades físico-hídricas. Para estudos climáticos, sem a associação de uma cultura agrícola específica, normalmente adota-se o valor de 100 mm para o armazenamento de água no solo.   Ainda, caso sejam conhecidos alguns parâmetros físico-hídricos do solo da região (ou do solo predominante) a CAD (mm) pode ser obtida pela seguinte equação: em que, cc – umidade na capacidade de campo (%); pmp – umidade no ponto de murcha permanente (%); ρs – densidade do solo (g cm-3); pe – profundidade efetiva do sistema radicular (mm).

5 Capacidade de água disponível (mm)
Tipo de solo Profundidade das raízes (m) Capacidade de água disponível (mm) Culturas de raízes superficiais (feijão, batata, ervilha) Areia fina 0,50 50 Franco arenoso fino 75 Franco limoso 0,62 125 Franco argiloso 0,40 100 Argiloso 0,25 Culturas de raízes de média profundidade (cereais) 0,75 1,00 150 200 0,80 Cultura de raízes profundas (alfafa, algodão, pastagens, etc.) 1,25 250 0,67 Árvores frutíferas 1,50 1,67 300 Floresta adulta 2,50 2,00 400 1,60 1,17 350 Profundidade efetiva do sistema radicular e orientação para determinação da capacidade de armazenamento de água no solo para o cálculo do balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (1955), adaptado de Mota, 1983

6 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Caso chova mais que evapotranspira, poderá ocorrer excesso hídrico. Contudo isto será efetivamente confirmado após o complemento do BHC (esquema a seguir). Precipitação pluvial (chuva) Evapotranspiração potencial Armazenamento = 100 mm Excesso hídrico

7 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
E se, ao contrário, a chuva for inferior à evapotranspiração poderá ocorrer deficiência hídrica, (esquema seguinte). O que também será efetivamente confirmada após o complemento do BHC. Precipitação pluvial (chuva) Evapotranspiração potencial Armazenamento = 100 mm Deficiência hídrica

8 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Para os cálculos do BHC, além da necessidade de informar geograficamente o local por meio de suas coordenadas geográficas, são também necessários, para todos os meses do ano, dados de uma série longa dos elementos climáticos sendo, muito comum, utilizarem dados normais, ou seja, dados publicados nas Normais Climatológicas. Assim, para o desenvolvimento do BHC e posterior zoneamento climático, o ideal é que se tenha a disposição as normais climatológicas de diversas localidades para que em seguida se efetua a espacialização da informação conforme se observa para o estado de Minas Gerais (Figura a seguir).

9 Rede estadual de Minas Gerais de estações climatológicas pertencentes ao Instituto Nacional de Meteorologia - INMET Estação Climatológica Principal de Lavras – MG Convênio UFLA/INMET

10 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Assim os dados normais necessários são os valores mensais de precipitação pluvial e demais elementos climáticos para a estimativa da evapotranspiração potencial (ETp). Ressalta-se que para ETp não existem valores observados por estações climatológicas, devendo essa ser estimada por algum método. Existem diversos métodos para estimativa da ETp, sendo aqui destacado o método de Thornthwaite, sendo originalmente proposto por Thornthwaite e Mather (1955) para o BHC. Esse método necessita apenas das temperaturas médias mensais normais.

11 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Se, para determinado local, a série for insuficiente para o cálculo da Normal Climatológica, pode-se efetuar o cálculo do balanço hídrico, porém, esse fato deverá ser destacado, tanto no cálculo como na representação gráfica, de forma bastante clara.

12 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Segue–se portanto, os cálculos do BHC tomando, por exemplo, o de Lavras-MG.

13 Normais Climatológicas (1961-1990) - Exemplo: LAVRAS - MG
Inicialmente extrai-se das Normais Climatológicas (Tabela a seguir) os valores mensais de precipitação pluvial e temperatura do ar (Veja slide seguinte). Normais Climatológicas ( ) - Exemplo: LAVRAS - MG Meses Elemento Climatológico Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. Ano T ar (°C) 21,7 22,1 20,9 19,8 17,5 16,3 15,8 17,7 19,0 20 ,4 21,1 19,4 x 27,8 28,4 27,0 25,4 24,7 23,9 23,7 25,7 27,2 27,3 26,1 n 17,9 17,3 15,4 12,7 11,1 10,4 11,7 13,6 15,6 16,6 14,8 Prec. Total (mm) 272,4 192,3 174,0 67,0 40,6 27,9 23,4 24,8 72,5 126,0 213,0 295,8 152 9,7 Umid. Relativa (%) 81,3 79,7 77,3 80,1 77,4 76,1 72,2 67,1 69,2 74,1 78,3 81,5 76,2 Pressão (mb) 911,9 912,2 912,7 913,8 915,3 916,9 917,1 916,1 915,0 912,4 911,6 911,7 913,9 Insolação Total (h) 187,9 191,8 205,5 219,2 222,2 219,5 245,3 247,6 202,6 198,6 181,0 162,2 2483,4 Vento (ms - 1 ) 1,8 1,6 1,7 2,1 2,2 2,4 2,3 2 1,9

14 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 Fev. 93 192 Mar. 87 174 Abr. 72 67 Maio 55 41 Jun. 45 28 Jul. 44 23 Ago. 58 25 Set. 68 73 Out. 86 126 Nov. 91 213 Dez. 98 296 Ano 899 1530 Conforme mencionado a ETp foi estimada pelo método de THORNTHWAITE.

15 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 Maio 55 41 -14 Jun. 45 28 -17 Jul. 44 23 -21 Ago. 58 25 -33 Set. 68 73 5 Out. 86 126 40 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 1173 1530 631 A coluna (P-ETp) representa as diferenças mensais entre ETp e P. Os valores positivos indicam que a disponibilidade de água no mês (precipitação) é superior à demanda (evapotranspiração potencial) podendo ocorrer excesso hídrico e os valores negativos poderá indicar deficiência hídrica. Contudo essas informações só serão evidenciadas ao completar o BHC.

16 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 Out. 86 126 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir. Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.

17 Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água:
. Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm Neg. Acum. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 10 90 89 88 87 86 85 84 83 82 20 81 80 79 78 77 76 75 74 30 73 72 71 70 69 68 67 40 66 65 64 63 62 61 60 50 59 58 57 56 55 54 53 52 51 49 48 47 46 45 44 43 42 41 39 38 37 36 35 34 33 110 32 31 120 29 28 27 130 26 25 24 140 23 22 150 21 160 19 18 170 17 16 180 15 14 190 13 200 12 210 11 220 230 240 250 260 280 300 320 330 350 410 450 Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água: Tem-se que, para o mês de junho, a negativa acumulada (Neg. Ac.) é -36 mm, portanto, entrando com o valor 30 na coluna de dezenas e, com o valor 6 na linha de unidades, tem-se o respectivo armazenamento (69). Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.

18 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 Out. 86 126 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir. Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.

19 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 -16 85 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - Então a partir do mês de setembro (não tendo mais negativa a acumular) segue-se da seguinte forma: Veja que o saldo P-ETp equivale a 5 mm, o que em princípio poderia ser considerado excesso hídrico, porém o armazenamento (ARM) do mês anterior está bastante reduzido (40 mm); então soma-se o saldo positivo de P-ETp ao ARM do mês anterior, obtendo-se o do mês em questão, ou seja, em setembro o ARM passa a ser de 45 mm. Vê-se assim, que no início do período chuvoso começa a reposição de água ao solo. No mês seguinte o saldo P-ETp continua positivo (40 mm), da mesma forma, soma-se este saldo ao ARM do mês anterior, elevando o ARM do mês de outubro para 85 mm. No mês subsequente, novembro, o saldo P-Etp é de 122 mm, daí ao somar esse ao ARM do mês anterior (85 mm), o resultado supera o ARM máximo que o solo consegue reter (100 mm) permanecendo portanto igual a 100 mm. Nesses casos as respectivas negativas acumuladas são encontradas de forma inversa ao processo anterior, ou seja, calculando-a a partir do ARM conforme a equação abaixo, ou com o uso da tabela, veja a seguir.

20 Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água:
. Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm Neg. Acum. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 10 90 89 88 87 86 85 84 83 82 20 81 80 79 78 77 76 75 74 30 73 72 71 70 69 68 67 40 66 65 64 63 62 61 60 50 59 58 57 56 55 54 53 52 51 49 48 47 46 45 44 43 42 41 39 38 37 36 35 34 33 110 32 31 120 29 28 27 130 26 25 24 140 23 22 150 21 160 19 18 170 17 16 180 15 14 190 13 200 12 210 11 220 230 240 250 260 280 300 320 330 350 410 450 Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água: Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.

21 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 198 296 Ano 899 1530 631 - A próxima coluna a ser preenchida é da Alteração (ALT), sendo a variação de armazenamento do mês (i) relativa ao mês anterior (i – 1). Os valores negativos indicam a retirada de água em que a grama (cultura de referência) procura atender no todo ou em parte a sua demanda de evapotranspiração (ETp). Os valores positivos representam a reposição de água ao solo, ocorrendo nos meses em que as chuvas superam a demanda de evapotranspiração (ETp). Portanto, o somatório dessa coluna é necessariamente “0”, pois no equilíbrio climático a retirada de água do solo é igual à sua reposição.

22 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 867 A evapotranspiração real (ETr), é calculada conforme os seguintes critérios: ETr será igual a ETp sempre que P > ETp, ou seja, não ocorre restrição de água para a cultura se a precipitação é maior que a demanda de evapotranspiração. Se P  ETp  ETr = ETp

23 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 869 Nos outros casos, ETr será igual a P somada ao valor absoluto da alteração; nesse caso, como P é inferior à ETp, tudo que chove é utilizado na ETr e ainda a cultura retira água do solo em relação ao armazenamento do mês anterior. Se P < ETp  ETr = P + I Alt I

24 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 869 1 4 8 17 A deficiência hídrica, (DEF), representa a deficiência de evapotranspiração, ou seja, o quanto faltou de água para que ETr tivesse sido igual ao valor da ETp. Portanto, calcula-se pela diferença entre ETp e ETr. DEF = ETp - ETr 30

25 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 869 1 4 8 17 A última coluna , de excesso hídrico, é calculada conforme os seguintes critérios: Sempre que P - ETp for negativo, o excesso será igual a 0 (zero) ou, havendo deficiência, não haverá excesso hídrico;

26 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 869 1 4 8 17 170 99 87 107 198 Para os demais meses, o excesso será igual ao valor de P - ETp subtraindo o valor da alteração. EXC = (P-ETp) - ALT

27 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 100 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 Abr. 72 67 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 Out. 86 126 85 Nov. 91 213 122 15 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 - 869 1 4 8 17 170 99 87 107 198

28 FIM