5 EVAPOTRANSPIRAÇÃO. 5.1 Evaporação, Transpiração e Evapotranspiração Conceitos

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1 1 5 EVAPOTRANSPIRAÇÃO 5.1 Evaporação, Transpiração e Evapotranspiração Conceitos Evaporação é o conjunto de fenômenos de natureza física que transformam em vapor a água da superfície do solo, a dos cursos de água, lagos, reservatórios de acumulação e mares. Transpiração é a evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais. As plantas, através de suas raízes, retiram do solo a água para suas atividades vitais. Parte dessa água é cedida à atmosfera, sob a forma de vapor, na superfície das folhas. Ao conjunto das duas ações dá-se o nome de evapotranspiração. Evapotranspiração potencial é a máxima evapotranspiração que ocorreria se o solo dispusesse de suprimento de água, suficiente. Evapotranspiração real ou efetiva é a perda d água por evaporação ou transpiração, nas condições reinantes (atmosféricas e de umidade do solo). Nos períodos de deficiência de chuva em que os solos tornam-se mais secos, a evapotranspiração real é sempre menor do que a potencial Grandezas Características Perda por evaporação (ou por transpiração) é a quantidade de água evaporada por unidade de área horizontal durante um certo intervalo de tempo. Intensidade de evaporação (ou de transpiração) é a velocidade com que se processam as perdas por evaporação. Pode ser expressa em mm/hora ou em mm/dia Fatores Intervenientes a) Grau de umidade relativa do ar O grau de umidade relativa do ar atmosférico é a relação entre a quantidade de vapor de água aí presente e a quantidade de vapor de água no mesmo volume de ar se estivesse saturado de umidade. Essa grandeza é expressa em porcentagem. Quanto maior for a quantidade de vapor de água no ar atmosférico, tanto maior o grau de umidade e menor a intensidade de evaporação. b) Temperatura A elevação da temperatura tem influência direta na evaporação porque eleva o valor da pressão de saturação do vapor de água, permitindo que maiores quantidades de vapor de água possam estar presentes no mesmo volume de ar, para o estado de saturação. c) Vento O vento atua no fenômeno da evaporação renovando o ar em contato com as massas de água ou com a vegetação, afastando do local as massas de ar que já tenham grau de umidade elevado.

2 2 d) Radiação Solar O calor radiante fornecido pelo Sol constitui a energia motora para o próprio ciclo hidrológico. e) Pressão barométrica A influência da pressão barométrica é pequena, só sendo apreciada para grandes variações de altitude. Quanto maior a altitude, menor a pressão barométrica e maior a intensidade de evaporação. f) Outros fatores Além desses fatores, pode-se citar as influências inerentes à superfície evaporante, a saber: tamanho da superfície evaporante, estado da área vizinha, salinidade da água, umidade do solo, composição e textura do solo, etc. 5.2 Determinação da evaporação e evapotranspiração A tabela a seguir resume os principais meios utilizados nas determinações da evaporação e da evapotranspiração real e potencial. Tabela Meios utilizados nas determinações da evaporação e da evapotranspiração. PARÂMETRO EVAPORAÇÃO POTENCIAL DIRETA a) Evaporímetros - tanque Classe A - tanque Colorado - tanque russo - tanque CGI b) Atmômetros - Piche - Livingstone - Bellani OBTENÇÃO INDIRETA Método de Penman EVAPORAÇÃO REAL Lisímetros (sem vegetação) EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL - Equação de Thornthwaite - Método de Blaney- Criddle - Hargreaves - Penman modificado - Papadakis - Hamon EVAPOTRANSPIRAÇÃO REAL a) Lisímetros - de percolação - de pesagem b) Parcelas experimentais c) Controle de umidade do solo d) Balanço hídrico da bacia

3 Medida e estimativa da evaporação potencial a) Evaporímetros São tanques que expõem à atmosfera uma superfície líquida de água permitindo a determinação direta da evaporação potencial diariamente. O mais utilizado é o tipo classe A do U.S. Weather Bureau que é um tanque circular galvanizado ou metal equivalente (figura 5.1). Procedimento da medida: Figura 5.1 Tanque Classe A US Weather Bureau. Efetuar a leitura, do dia ou horário, do nível d água no tanque (e a ) Comparar com a leitura anterior, do dia ou horário (e d ) Calcular a diferença e 1 = e d e a Estamos perante duas possibilidades, ter ou não ter ocorrido chuva no intervalo entre as duas leituras. 1º.) não houve chuva então E o = e 1 2º.) houve chuva, com altura pluviométrica h 1 então E o = e 1 + h 1 Atenção: no caso de ter havido chuva intensa, o valor de e 1 pode ser negativo. Obs.: Quando ocorrer transbordamento no tanque a leitura será perdida. Com o valor da evaporação potencial (E) pode-se estimar a evapotranspiração potencial (ETP) pela correlação: onde: E = evaporação medida no tanque evaporimétrico em mm/dia; ETP = k p.e (5.1) ETP = evapotranspiração potencial em mm/dia, representa a média diária para o período considerado; k p = coeficiente de correlação, que depende do tipo de tanque e de outros parâmetros meteorológicos.

4 4 Como o tanque evaporimétrico Classe A é largamente utilizado no Brasil, na Tabela 2.1 abaixo estão indicados valores do coeficiente k p, para o tanque classe A no Estado de São Paulo. Tabela 5.1 Coeficiente Kp para o tanque Classe A no Estado de São Paulo. c) Atmômetros Evaporímetro Piché É constituído por um tubo cilíndrico de vidro, de 25 cm de comprimento e 1,5 cm de diâmetro. O tubo é graduado e fechado em sua parte superior; a abertura inferior é obturada por uma folha circular de papel-filtro padronizado, de 30 mm de diâmetro e de 0,5 mm de espessura, fixado por capilaridade e mantido por uma mola. O aparelho é previamente enchido de água destilada, a qual se evapora progressivamente pela folha de papel-filtro; a diminuição do nível d água no tubo permite calcular a taxa de evaporação. O processo de evaporação está ligado essencialmente ao déficit higrométrico do ar e o aparelho não leva em conta a influência da insolação, já que costuma ser instalado debaixo de um abrigo para proteger o papel-filtro à ação da chuva. A relação entre as evaporações anuais medidas em um mesmo ponto em um tanque Classe A e um do tipo Piché é bastante variável. Os valores médios dessa relação estão compreendidas entre 0,45 e 0,65. Atmômetro Livingstone Figura 5.2 Evaporímetro Piché. É essencialmente constituído por uma esfera oca de porcelana porosa de cerca de 5 cm de diâmetro e 1 cm de espessura; ela é cheia de água destilada e se comunica com uma garrafa contendo água destilada que assegura o permanente enchimento da esfera e permite a medida do volume evaporado. d) Método de Penman

5 5 Esse método baseia-se em complexas equações teóricas, porém é de aplicação prática muito simples graças ao ábaco da figura 5.3. A evaporação potencial é obtida aplicandose a seguinte equação: onde: E 1 = f(t, n/d) E 2 = f(t, n/d, Ra) E 3 = f(t, h, n/d) E 4 = f(t, u 2, h) t = temperatura média ( C) n = número real de horas de sol (insolação) (h) D = número máximo de horas de sol/dia (h) (ver tabela) Ra = radiação incidente na atmosfera (cal/cm 2 /dia) (ver tabela) u 2 = velocidade do vento a 2 metros do solo (m/s) E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 (5.2) As tabelas e o ábaco seguintes são usados para resolução da equação. Tabela Tabela 2.3 -

6 6 Utilização do ábaco: 1 Obtenção de E 1 : Na parte do ábaco referente a E 1, marcar os valores nos eixos respectivos de t e da relação n/d; unir os dois pontos por uma reta e ler o valor de E 1 no seu eixo. 2 Obtenção de E 2 : Na parte do ábaco referente a E 2, marcar os valores nos eixos respectivos de t e da relação n/d; unir os dois pontos por uma reta e marcar o valor auxiliar a 1 no eixo a 1. Unir, por uma reta, o valor de a 1 com o valor de Ra marcado no respectivo eixo e ler o valor de E 2 no seu eixo. 3 e 4 Obtenção dos valores de E 3 e E 4. Agir de maneira análoga ao item 2. Aplicação do método de Penman para estimar E: a) Estimar a evaporação ocorrida no reservatório de Guarapiranga (São Paulo latitude 23 S) em um dia no mês de outubro, em que se verificaram os seguintes valores: t temperatura média = 18 C n número de horas de sol = 10 h h umidade relativa do ar = 60% = 0,6 u 2 velocidade do vento a 2m do solo = 5,5 m/s b) Calcular a população que poderia ser abastecida com a água perdida por evaporação, considerando: área do reservatório = 10 km 2 e consumo per capta de 250 l/hab/dia. Solução: (Acompanhar no ábaco com traçados) D = 12,6 h (Tabela ) Ra = 897 cal/cm 2 /dia (Tabela) n/d = 10/12,6 = 0,79; h = 0,6; t = 18 C; u 2 = 5,5 m/s a) Cálculo de E (evaporação potencial) Do ábaco: E 1 = - 3,6 mm; E 2 = 5,4 mm; E 3 = 1,9 mm; E 4 = 2,3 mm Dessa forma, E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 = 6,0 mm b) Cálculo da população que poderia ser abastecida com esta água (E = 6,0 mm) V = Volume d água evaporada = área x E V = 10 km 2 x 6 mm = 10 x 10 6 x 6 x 10-3 = 60 x 10 3 = m 3 /dia = l/dia. P = população atendida = V/consumo per capta = /250 = habitantes Determinação da Evapotranspiração Potencial

7 7 Além da possibilidade de obtenção da evapotranspiração potencial a partir da correlação com a evaporação potencial, são usuais também os métodos de Thorntwaite, Blaney- Criddle e outros. a) Método de Thorntwaite O método de Thorntwaite é muito utilizado em todas as regiões, já que baseia-se somente na temperatura, que é um dado normalmente coletado em estações meteorológicas. Entretanto, por basear-se apenas nesse parâmetro, pode levar a resultados errôneos, pois a temperatura não é um bom indicador da energia disponível para a evapotranspiração. Outras limitações do método são: não considera a influência do vento, nem da advecção do ar frio ou quente, não permite estimar a ETP para períodos diários. Seu uso é mais adequado para regiões úmidas. Neste método, a ETP pode ser estimada pela equação abaixo: onde: ETP = ETP = evapotranspiração mensal ajustado, em cm; f = fator de ajuste em função da latitude e mês do ano; t = temperatura média mensal, em C; I = índice de calor anual dado por: 12 I = i onde 1 a 10 t f 1,6 (5.3) I 1,514 O valor de a é dado pela função cúbica do índice de calor anual: t 5 i = (5.4) a = 6, I 3 7, I 2 + 1, I + 0,49239 (5.5) Os valores obtidos pela fórmula de Thornthwaite são válidos para meses de 30 dias com 12 horas de luz por dia. Como o número de horas de luz por dia muda com a latitude e também porque há meses com 28 e 31 dias, torna-se necessário proceder correções. O fator de correção (f) é obtido da seguinte forma: onde: h = número de horas de luz na latitude considerada; n = número de dias do mês em estudo. f h n = (5.6) 12 30

8 8 Figura 5.3 Ábaco de Penman.

9 9 b) Método de Blaney-Criddle Este método foi desenvolvido em 1950, na região oeste dos EUA, sendo por isso mais indicado para zonas áridas e semi-áridas, e consiste na aplicação da seguinte fórmula para avaliar a evapotranspiração potencial: onde: ETP = evapotranspiração potencial, em mm/mês; ETP = p.(0,457.t + 8,13) (5.7) p = porcentagem mensal de horas-luz do dia durante o ano ( p ) é o valor médio mensal); t = temperatura média mensal do ar, em C. Tabela 5.4 Valores de p Determinação da Evapotranspiração Real a) Lisímetro Lisímetro de percolação consiste em um tanque enterrado com as dimensões mínimas de 1,5m de diâmetro por 1,0m de altura, no solo, com a sua borda superior 5cm acima da superfície do solo. Do fundo do tanque sai um cano que conduzirá a água drenada até um recipiente. O tanque tem que ser cheio com o solo do local onde será instalado o lisímetro, mantendo a mesma ordem dos horizontes. No fundo do tanque, coloca-se uma camada de mais ou menos 10cm de brita coberta com uma camada de areia grossa. Esta camada de brita tem a finalidade de facilitar a drenagem d água que percolou através do tanque. Após instalado, planta-se grama no tanque e na sua área externa. Na figura 2.4 é mostrado um lisímetro deste tipo. O tanque pode ser um tambor, pintado interna e externamente para evitar corrosão, tanque de amianto ou tanque de metal pré-fabricado. Figura 5.4 Esquema de um lisímetro.

10 10 A evapotranspiração real em um período qualquer é dada pela equação: E = Evapotranspiração real, em mm/período; I = Irrigação do tanque, em litros; P = preciptação pluviométrica no tanque, em litros; D = Água drenada do tanque, em litros; S = Área do tanque, em m 2. b) Processos Indiretos I + P D E = (5.8) S Em condições normais de cultivo de plantas anuais, logo após o plantio, a evapotranspiração real (ETR) é bem menor do que a evapotranspiração potencial (ETP). Esta diferença vai diminuindo, à medida que a cultura se desenvolve, em razão do aumento foliar, tendendo para uma diferença mínima antes da maturação; depois a diferença vai aumentando, conforme pode ser visto na figura 2.5. A avaliação da ETR a partir da ETP é de grande utilidade para o planejamento da agricultura irrigada. Tal avaliação pode ser feita, por meio de coeficientes culturais (Kc) dados na Tabela 2.4 para algumas culturas, da seguinte forma: ETR = Kc.ETP (5.9) Figura 5.4 Relação entre ETR e ETP para cultura de ciclo curto. Tabela 5.5 Coeficientes de cultura Kc.

11 11 EXERCÍCIOS PROPOSTOS E5.1 A evaporação real mensal de uma região é da ordem de 100 mm. Supondo consumo per capta de 200 l/hab/dia, com a água perdida por evaporação em um reservatório de 6 km 2 de área, poderia abastecer, durante um mês, uma cidade de: a) habitantes; b) habitantes; c) habitantes; d) habitantes.