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L4006 :PA0 1985 ISSN 0102-6651 14006 ¼GRICULTURA - MA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária EMBRAPA Unidade de Execução de Peaquiaa de Âmbito Estadual de Dourados UEPAE de Douradoe DETERMINAÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL DECENDIAL DE DOURADOS, MS, POR MEIO DE MÉTODOS INDIRETOS Determinaçào da 1985 FL-PP-14006 llllD AI-SEDE- 45989-1 DOURADOS, MS 1985

L4006 :PA0 1985 ISSN 0102-6651 14006 ¼GRICULTURA MA ...ma e mtdia), umidade relativa doar, pressão atmosfrica, veloci dade do vento e, em alguns dos casos, a evaporação Pich. Na

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L4006 :PA0 1985

ISSN 0102-6651 14006

¼GRICULTURA - MA

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária EMBRAPA Unidade de Execução de Peaquiaa de Âmbito Estadual de Dourados UEPAE de Douradoe

DETERMINAÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO

POTENCIAL DECENDIAL DE DOURADOS, MS,

POR MEIO DE MÉTODOS INDIRETOS

Determinaçào da

1985 FL-PP-14006

llllD AI-SEDE- 45989-1

DOURADOS, MS 1985

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ISSN 0102-5651

MINISTÉRIO DA AGRICULTURA - MA

O Empresa Brasi1eira de Pesquísa Agropecuaria - EMBRAPA Unidade de Execuçio de Pesqulsa de Âmbito Estadual de Dourados - UEPAE de Dourados

DETERMINAÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL DECENDIAL DE DOURADOS, MS, POR MEIO DE METODOS INDIRETOS

3õs6 AguilarrO.

José Mauro Kruker

Rinaldo de Oliveira Calheiros

Cludio Alberto Souza da Silva

Dourados, MS 1985

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EFIBRAPA-UEPAE de Dourados. Documentos, 16.

Exemplares desta publicuç3o podem ser solicitados EMDRAPA-UEPAE de Dourados Rodovia Dourados-Ca2rap6. km 5 Caixa Postal 661 Telefone: [067) 421.5521* Telex: (067) 2310 79800 - Dourados, MS

Tiragem: 1.000 exemplares

Comitê de Puhlicaç6es

Geraldo Augusto de Meio Filho (Presidente) Cayo Mano Taveila olgudio Alberto Souza da Silva Eli de Lourdes Vasconcelos Francisco Marques Fernandes Srgio Arce Gomez

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecunia. Unida de de Execuço de Pesquisa de Ambito Estadual de Dourados, IS. Determinaço da evapotranspiraço potencial de

cendial de Dourados. MS, por meio de m6todos mdi retos por José Aguilar D. e outros. Dourados, 1985.

35p. (EMBRAPA. UEPAE Dourados. Documentos, 16).

1 .Evapotranspiraço_Determinaço_M6todos_5rasil_ Mato Grosso do Sul-Dourados. I.AguilarD .Jos. II.Título. III.S6rie.

CDD 551.572098172

0

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SUM.4R10

Pagina

1. INTROWÇAO . 7

2.GDERALIDADES . a 3.FZr0D0WGIA . 8 3.1. Seleção de f6rmulas empíricas . 8 3.1.1. F5rmula de Peninari .............................................. 9 3.1.2. F6nnila de Jensen e Haise ...................................... 12 3.1.3. F6nnula de Blaney e Criddle .................................... 12 3.1.4. FGmula de Hargreaves .......................................... 13 3.2. Anilise e ordenação de dados ..................................... 13 L. CÁLDJWS DA ÊVAPOrrRANSPIRAÇAO POTCIAL ...................... . ..... 14 S. RESULTADOS ......................................................... 14 6. UTILIZAÇÃO DOS RESULTADOS .......................................... 15 7. REFERflICIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................... 17

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APRESENTAÇÃO

Qualquer planejamento e operação de um projeto de irrigaoao

em que se visem a mxima produção e boa qualidade do produto,

usando de maneira eficiente a igua, requer conhecimento das re

laç6es entre solo-gua-clima-planta e manejo da irrigação. Den

tro deste contexto, um dos pottos fundamentais a determina

ço da água necessria para as culturas, ou seja, a quantidade

de água requerida, em determinado periodo de tempo, para o seu

normal crescimento, sob as condiç6es edafo-climgticas de onde

esta sendo cultivada. Esta expressa pela evapotranspiração

da cultura, que por sua vez pode ser estimada, calculando-se a

evapotranspiração potencial (parâmetro de referncia) de uma

determinada região.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma meto

dologia para calcular, numa primeira aproximação, a evapotrans

piração potencial, sendo que os dados mdios aqui obtidos são

vlidos para as áreas pr6ximas a sede da Unidade de Execução

de Pesquisa de Âmbito Estadual de Dourados (UEPAE de Djurados),

cdm um raio de abrang&ncia de aproximadamente 50 1cm.

Olavo Roberto Sonego Chefe da UEPAE de Dourados

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i.

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Jos5 Aguilar D. 1 J05g Mauro Kruker 2

Rinaldo de Oliveira Calheiros 3

a5udio Alberto Souza da Silva'

1. INTRODUÇÃO

Quando numa área ou localidade não existem informaç6es da eva

potranspiração potencial medida ou calculada, com relativo grau

de confiança, esta poderá ser estimáda de forma indireta a par

tir dos dados meteoro16gicos registrados nas estaç6es agrometeo

rolGgicas correspondentes.

Para realizar os c1culos da evapotranspiração potencial

(ETP), existem diversos mtodos, entre os quais podem-se desta

car: baseado no balanço hídrico, baseado no balanço da energia,

aerodinâmico e de correlação turbulenta, combinado de Penman e

empíricos, sendo os dois Gltimos os mais conhecidos e utiliza

dos.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodo

logia para calcular, numa primeira aproximação, a evapotranspira

ção potenciaL. Foram utilizados o mgtodo de Penman e outros m5to

dos empricos mais adequados a região de Dourados como os de Jen sene Haise, Blaney e Criddle e Hargreaves, em função dos dados

climticos registrados na estação agroclimato16gica da Unidade de

Execução de Pesquisa de Âmbito Estadual de Dourados (UEPAE de Dou

rados) , estado de Mato Grosso do Sul. Os dados registrados e anali

1 Eng.-Agr., M.Sc. do Instituto Interamericano de Cooperação pa ra a Agricultura (IICA), a disposição da EMBRAPA-UEPAE de Dou rados, Caixa Postal 661, 79800 - Dourados, MS.

2 Assistente Executivo da EMBRAPA-UEPAE de Dourados. Eng.-Agr., M.Sc. da EMPAER a disposiçao da EMBRAPA-UEPAE de Dourados.

4 Eng.-Agr., M.Sc. da EMBRAPA-UEPAE de Dourados.

ri

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sados foram: pressão barorn5tri.ca, temperaturas m5xima, mínima e

m5dia, umidade relativa do ar, insolação, velocidade do vento,

evaporação Pich6, precipitação e nebulosidade. O período conside

rado foi de 1980 a 1984, do qual existem informaç6es diarias. As

outras informaç6es necess5rias e não registradas na estação, fo

ram obtidas, por, extrapolação, a partir de dados contidos em do

cumentos tcnieos especializados (Jensen 1973, Flargreaves 1974

e Doorenbos & Pruitt 1980).

A evapotranspiração mdia determinada nesta pesquisa, v511

da para as 5reaspr6ximas sede da estação agrometeoro16gica da

UEPAE de Dourados e com raio de abrang&ncia de aproximadamente

50 km, podendo ser utilizada na elaboração de projetos de pesqui

sa de irrigação, de desenvolvimento de irrigação e de manejo de

bacias bidrogr5ficas.

2. GENERALIDADES

A metodologia desenvolvida neste trabalho considera que os re

sultados de cSlculos indiretos da evapotranspiração potencial,

obtidas por quaisquer dos mtodos referidos anteriormente, devem

ser corrigidos a partir dos dados obtidos por medição diréta no

campo, nos locais de estudo. Destamaneira obtem-se os denomina

dos coeficientes de correção para as f6rmulas utilizadas e

assim, estas terão validade somente para o local. No entanto, ás

mesmas poderão ser utilizadas noutras areas prximas que tenham

características ciim5ticas e solos muito semelhantes. Quando não

existe informação de evapotranspiração potencial medida, numa

primeira aproximaço pode-se estimar a mesma, a partir do valor

médio da ETP, que obtido na base dos valores dos dados da ETP

calculados por meio de f6rmulas empíricas. Desta maneira, conside

ra-se que os valores mdios assim obtidos, estejam pr6ximos da

realidade.

3. METODOLOGIA

3.1. Seleção de fórmulas empíricas

E;]

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Com o prop6sito de realizar os c.lculos da ETP em forma decen

dial, foram selecionadas quatro f6rmulas:as de Penman, Jensen e

Haise, Blaney e Criddle e Hargreaves. Na seleção das mesmas fo

ram considerados os elementos meteorolSgicos utilizaçios em cada

f6rmula, em função dos dados registrados na estação agrometeoro

16gica da UEPAE de Dourados. Tambm foi considerada a facilidade

de uso das equaç6es, por serem as mais conhecidas. No caso da.

equação de Penman, considerou-se, que os resultados obtidos com

este mtodo podem ser os mais pr6ximos da realidade, porque na

mesma são utilizados mais dados meteoro15gicbs que nas outras

equaç6es.

3.1.1. Fórmula de Pennan

Berlato & Molion (1981), citam que este mtodo combina o ba

lanço de energia com a aproximação aerodinãmica., sendo desenvol

vido por Penman e publicado pela primeira vez em 1948. Desde es

sa 6poca, tem sido modificado pelo pr6prio Penman e por diversos

outros pesquisadores Uma das principais vantagens do mtodo foi

a eliminação da necessidade de medidas de superfície, não dispo

níveis em estaçães meteorol6gicas comuns e tamb5m difíceis de se

rem obtidas com a exatidão requerida.

Para a estimativa da evapotranspiração, a f6rmula de Penman

considera os dados de radiação solar, temperatura (mxima, míni

ma e mtdia), umidade relativa doar, pressão atmosfrica, veloci

dade do vento e, em alguns dos casos, a evaporação Pich. Na au

s6ncia de mediç5es locais do saldo da radiação solar (Rn), condi

ção mais freqüente, este parâmetro pode ser estimado atravs de

f6rmulas empíricas. A equação geral de Penman a seguinte:

A . Rn + Fat

ETP ................................(1)

A —+1 ,Y.

Para utilizar esta equação geral necessrio o desenvolvi

mento das seguintes equaç6es parciais:

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Rn = Rs (1 - a) - a Te 4 (0,56 - 0,092 /i) n

(0,1 + 0,90 R) . ( 1.1)

n Rs r Ra (0,26 + 0,49 N) . (1.2)

Eat 0,35 (ea - ccl) (1 + 0,54 li 2 ) . ( 1.3)

Eat 0,15 E + 0,11 ......................................(1.4)

ea 1 + ea 2 - (ea - ed) - - ed ............................... (1.5)

2

eax 33,8539 [(0,00738 Tx + 0,8072) 8

- 0,000019 (1,8 Tx + 48) + 0,001316] ............... (1.6)

UR Td Te - ((14,55 + 0,114 Te) (1 - TiY?i) + [( 2,5+ Q,007 Te)

UR UR (1 - TWÕ)] + ( 15,9 + 0,117 Te) (1 - i5) 14 } ........( 1.7)-

A 33,8639 [0,05904 (0,00738 Te + 0,8072) -

- (0 ) 0000342] ........................................ (1.8)

À = 595,9 - 0,55 Te ...................................... (1.9)

Cp . PB PB y 0,3875 kJ..±U)

0,622 À

log. (h12) li 2 lii

log. (ha/2)

Onde:

(595,9 - 55 Te)

(1.11)

1. ETP = Evapotranspiràçao diaria Çmm . dia ) A = Coeficiente angular da curva que relaciona pressão de satura

ço do vapor e temperatura (mb o )

Constante psicrowtriea (rhb oC 1 )

Rn = Saldo de radiação (cal cm" 2 .

Eat = Pcder evaporante do ar (mm . dia)

Quando se áispSé de informaç3es de velocidade dQ vento e pressão

de saturaço do vapor, utilizar a equaço 1 Ø 3 no caso de esta rem disponiveis somente dados de evaporação de Pich, utilizar

a equaço 3.-4.

10

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Rs = Radiação solar incidente ou radiação global

(cal . cm . dia

Ra r -

Radiaçao solar no topo da atmosfera (cal cm_ 2

. dia ), Ta

bela 1

n r N6mero de horas de sol medidas (hora)

N = Nimero míximo de horas diárias de sol (horas), Tabela 1

E = Evaporação segundo o evaporímetro de Pich (mm . dia

(ea - ed) = Dficit de saturação do ar (mm Hg)

ea = Pressão de saturação do vapor à temperatura mdia do ar

(mmHg)

eai = Pressão de saturação do vapor à temperatura mxima do ar

(mm 1-fg)

ea 2 Pressão de saturação do vapor à temperatura mínima do ar

(mm Hg)

cd Pressão de saturação do vapor à temperatura do ponto de or valho (mm I-Ig)

r Velocidade do vento registrada a 2 m de altura (mis) eax r Expressão geral para calcular a pressão de saturação do va

por (mb) à temperatura " x " do ar entre - 51 0C e 54°C. Para

a conversão da pressão expressa em mb à pressão expressa em mm Hg, aplica-se a seguinte f6rmula:

mb mm Hg =

1,333

Td = Temperatura do ponto de orvalho (°C)

tc = Temperatura mdia do ar (°C)

IJR r Umidade relativa mdia do ar (%)

PB = Pressão atmosférica (mb)

Cp r Calor específico 1 do ar a pressão constante

(cal . gr . 0C ); para os c5lculos deste trabalho conside

rou-se: Cp 0,242 1

À z Calor latente de evaporaçao da agua (cal gr

a r Albedo; para efeitos deste trabalho considerou-se: az 0,15

a = Constante de Stefan - eoltzman: 10

(1,171 x 10 cal. _2 _1

cm O}( dia

11

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Ta z Temperatura absoluta do ar expressa em graus Relvin;

Ta = O + 273,15

Velocidade do vento registrada a uma altura qualquer (ha)

(m/s)

h z Altura para qual deseja-se reduzir a velocidade do vento

U 1 (cm)

lia = Altura na qual foi registrada a velocidade do vento

U 1 (cm)

Para realizar o ciculo da ETP considerou-se necess5 ria a uti

lização de todas as f6rmulas complexas anteriores, com o prop6s1

to de evitar o uso de tabelas pr-calculadas, que de alguma for

ma podem afetar negativamente a aproximação dos resultados.

3.1.2. Fórmula de Jensen e 1-laise

Jensen e Haise (Jensen 1973), apresentaram um mtodo baseado

na temperatura mdia do ar e radiação solar, cuja equação expres

sa em unidades mtricas a seguinte:

RS ETP = (0,78 + 0,252 Tc) ( ) ..................(2)

595,9 - 0,55 Tc

Onde:

1 ETP Evapotranspiraçao potencial (mm * dia

Tc = Temperatura mdia do ar (°C) 2

RS = Radiação global (cal . cm . dia ). Utilizar a equaçao

1.2 descrita no mtodo de Penman.

3.1.3. Fórmula de Elaney e Criddle

Esta equação apresentada em 1952, foi desenvolvida na região

semi-rida dos Estados Unidos (Novo Mxico e Texas).

ETP = P (0 ) 45 Tc + 8,13) ...................................(3)

Onde: - 1

ETP Evapotranspiraçao potencial (mm 4 dia )

P = Percentagem mdia di5ria de horas diurnas ) em -relação as ho

ras totais anuais (%)

12

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Tc = Temperatura mgdia do ar (°C)•. M&lia aritmgtica entre as tem

peraturas m.íximas endnimas.

3.1.4. Fórmula de Hargreaves

Esta f6rmula foi utilizada por Hargreaves (1974), para calcu

lar a evapotranspiração potencial e as necessidades de irrigação

para o Nordeste do Brasil. Nesta equação consideram-se informa

ç6es de temperatura, umidade relativa do ar e um fator de radia

ção solar. A expressão geral a seguinte:

ETPF1F.TF.CF1 .........................................(4)

TF r 32 + 1,8 Te .... 1....................................(4.1)

CH z 0,158 (100 - UR) /2(4.2)

Onde:

1

ETP = Evapotranspiraçao potencial (mm . dia )

MF = Fator de radiação solar, em função da latitude geogr5fica,

expressa em (mm . dia ), Tabela 2

TF z Temperatura média do ar (°F)

Tc = Temperatura mdia do ar (0C)

Cii Fator de unidade relativa

UR r Umidade relativa mdia diria do ar (%)

3.2. Análise e ordenação de dados

Pa'a o periodo de 1980 a 1984, foram analisadas e ordenadas

em forma deccndial as informaç6es rneteoro16gicas di5rias regis

tradasna Estação da UEPAE de Dourados. Com a finalidade de faci

litar o trabalho de anglise das informaç5es, preparou-se um P2

grama em linguagem BASIC, para microcomputador. Logo ap5s para

cada ms calculou-se um valor m5dio di5rio para cáda decndio,

obtendo-se desta forma, quinze valores decendiais mensais dos

seguintes dados meteorol6gicos: pressão barom5trica (PB), tempe

ratura mxiina (n), temperatura mínima (Tm), temperatura m5dia

(T), umidade relativa (UR), precipitação.. (P), evaporação (EV),

13

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insolação (IN) , velocidade do vento (Vv) e percentagem rndia di5

ria de horas de luz solar em rëlação as horas totais anuais

(P11) , (Empresa Brasileira de Pesquisa AgropeeuSria, 1981, 1982,

1983, 1984 e 1985). Tarnbmobtiveram-se quinze valores decen

diais mensais, dos dados não registrados na estação agrometeo

rol6gica e que foram determinados por interpolação a partir de

tabelas, em função das coordenadas geogr5ficas (Jensen 1973,

Ilargreaves 1974 e Doorenbos & Pruitt 1980) (Tabelas 1 e 2).

De maneira geral os dados meteorolc5giços di5rios registrados

na estação da UEPAE de Dourados foram regulares, contínuos e de

grande confiabilidade, não sendo necess5rio realizar correç5es

dos mesmos.

4. CÁLCULOS DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL

O sistema de programas em linguagem BASIC, para microcompu

tador facilitou o desenvolvimento dos c5lculos e garantiu a pre

cisão na obterLição dos resultados. No mesmo foi incluído o desen

volvimento das outras f6rmulas selecionadas.

Com o prop6sito de ter valores da ETP dirios de uso pr5tico,

e para manter uma razo5vel aproximação com a realidade, foi obti

do um valor mdio decendial, a partir dos dados calculados por

meio das quatro f6rmulas selecionadas.

S. RESULTADOS

Nas Tabelas 3 a 14, encontram-se os valores da evapotranspi

ração potencial decendial e da ETP mdia, calculados para a esta

ção agrometeorol6gica da UEPAE de Dourados. Tamb6m estão conti

dos nestas tabelas, os valores decendiais da radiação solar mci

dente (RSI) , mais conhecida como radiação global (RS), calculada

utilizando - se o mtodo de Ribeiro, citado por Carmo Filho

(1981)

A variação dos valores da evapotranspiração ca1cuada pelos

quatro mtodbs e da ETPmdia, encontra-se na Fig. 1. Observa-se

que o período com maior evapotranspiração potencial, correspon

deu aos meses de outubro a março, onde a maior ETPmdia mensal

14

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ocorreu em janeiro (6,40 mia/dia). De abril a

da ETP foram menores, sendo o ms de junhó o

(2,97 nua/dia).

A Tabela 15 apresenta resultado da an1is

tre a evapotranspiraço potencial m&dia e os

culados pelos quatro rn&todos expostos. Foram

tes coeficientes m&lios de variação:

setembro os valores

de menor valor

de cor'elaço en

valores da ETP, cal

obtidos os seguin

a) ETP média Vs. ETP .- Penman r 4,74 %

b) ETP mdia Vs. ETP - Jensen-Haise r 5 5 36 %

c) ETP média \Is. ETP - Blaney-Criddle : r 5,76 %

d) ETP m&dia Vs. ETP - Hargreaves : r 8,58 %

Estes dados indicam que os resultados obtidos pelo mtodo de

Penman tiveram maior aproximaço. No entanto os mtodos de

Jensen e Haise e Blaney e Criddle tambm ofereceram excelentes

aproximaç6es.

Foi definida a f6rmula gëral (5) obtida por regressão linear,

valida para realizar os ciculos dos valores da ET? dcendial

m&dia mensal, a partir dos resultados da ETP calculada por qual

quer dos quatro métodos analisados, cujos coeficientes de re

gresso estio contidos na Tabela 15.

F6rmula Geral: ETPM r a + ETP (b) .......................(5)

Onde:

ETPM = Evapotranspiraço potencial decendial mdia mensal

(mm . diaT 1 )

ETP z Evapotranspiraço potencial decendial calculada por meio

de qualquer das f6rmulas consideradas neste estudo

(mm.dia)

a e b r Coeficientes de regressão linear.

6. UTILIZAÇÃO DOS RESULTADOS

Os resultados apresentados nas Tabelas 3 a 14 podem ser utili

zados nas reas pr6ximas a estação agromcteoro16gica da UEPAE de

15

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Dourados, num raio de abrangncia aproximado de 50 km.

Nos casos específicos onde seja possível calcular a ETP no lo

cal, dependendo da consistancia das vari5veis climticas que fo

rein registradas nas estaç5es meteoro16gicas, no raio de abran

g5ncia da estação da UEPAE de Dourados, pode-se optar por uma

das seguintes a1trnativas:

a) quando no local forem registrados somente os dados de tem

peratura mdia, poder5 ser utilizada a f6rmula de Jensen e

1-laise, na qual deve-se considetaros valores da radiação so

lar global (RS) das Tabelas 3 a 14. Com os resultados da

ETP calculada por este m6todo e em funçio dos meses, deve

rã ser estimada a evapotranspiraço potencialmdia decen

dial ou mensal para o local, utilizando-se a f6rmula geral

(5) e os coeficientes de regressão linear (Tabela 15);

b) quando forem registrados no local os dados de temperatura

e umidade relativa do ar; pode-se optar pela utilizaço da

f6rrnula de Hargreaves, na qual deve-se considerar os valo

res do fator de radiaço solar (HP), conforme Tabela 2.

Com os resultados da ETP assim calculados, e em função dos

meses, deverã ser estimada a.evapotranspiraço potencial

m5dia decendial ou mensal para o local, utilizando-se a

f6rmula geral (5) e os coeficientes de regressão linear da

Tabela 15;

c) quando forem registrados no local os dados das temperatu

ras m5ximas, mínimas e médias e de inso1áço, pode-se °2 tar pelo uso da f6rmula de Blaney e Criddle. Uma vez calcu

lados os valores da ETP, deverg ser calculada a evapotrans

piraço potencial mdia .decendial ou mensal, seguindo-se

os mesmos critérios que foram considerados nos casos ante

riores;

d) se todos os elementos necessários para calcular a ETP pela

f5rmula de Penman estiverem disponíveis, deve utilizar-se,

preferencialmente, este mtodo. Com os dados assim obti

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dos, deverão ser determinados os valores da evapotranspi

raçao potencial mdia decendial ou mensal, seguindo os mes

mos procedimentos considerados nos casos anteriores. -

Quando forem determinados no local os valores reais da evapo

transpiração potencial, mediante o uso de lisímetro, evapotrans

pir6metro ou qualquer outro processo & conveniente realizar uma

an5iise de correlação entre os dados medidos no local e os dados

calculados por meio de f6rmulas empíricas; pode.-se então definir

uma f6rmula geral, obtida por regressão linear, a qual oferecerg

maior aproximação na estimativa da ETP real para aquelas áreas

pr6ximas ao local onde a. mesma foi iriedida.

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