Estimación de la evaporación en embalses de riego mediante un modelo de balance de energía

  1. Molina Martínez, José Miguel
  2. Martínez Álvarez, Victoriano
  3. Baille, Alain
  4. González Real, María Milagros
Revista:
Ingeniería del agua

ISSN: 1134-2196

Año de publicación: 2006

Volumen: 13

Número: 3

Páginas: 219-230

Tipo: Artículo

DOI: 10.4995/IA.2006.2892 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openAcceso abierto editor

Otras publicaciones en: Ingeniería del agua

Resumen

El artículo presenta un modelo de estimación de la evolución anual de la temperatura del agua y de la evaporación en embalses de regulación de riego. El modelo está basado en un balance de energía en la superficie del embalse, considerando la hipótesis de comportamiento isotermo. Precisa, como datos de entrada, la geometría del embalse (superficie y profundidad) y los datos climáticos diarios habitualmente disponibles en las estaciones meteorológicas (radiación global solar, velocidad del viento, humedad relativa y temperatura del aire). Se ha validado el modelo a partir de medidas de tasa de evaporación y de temperatura del agua de un tanque evaporímetro Clase A. Se ha aplicado el modelo a diferentes geometrías de embalse en las condiciones del Campo de Cartagena, considerando un rango de profundidades y superficies características de los embalses de riego. Los resultados del modelo muestran que el aumento de la profundidad provoca un desfase temporal entre la radiación solar y la temperatura del agua que, en embalses profundos (25 m), puede llegar a 3 meses. Dado que la evaporación depende en gran parte de la temperatura superficial del agua, un aumento de la profundidad también provoca un desfase con respecto a la radiación solar. El aumento de la superficie, para valores comprendidos entre 2500 y 25000 m2, apenas influye sobre la evolución anual de la temperatura y la tasa de evaporación. La comparación de los resultados del modelo con los calculados por medio de la fórmula de Penman pone de manifiesto la inadecuación de esta fórmula para estimar la evaporación de embalses que tienen una alta inercia térmica. Finalmente, se han obtenido los coeficientes de tanque mensuales y anuales para embalses de distinta geometría, comparando los resultados del modelo con los registrados en el tanque evaporímetro. Los resultados muestran la gran influencia de la geometría de los embalses y del clima sobre la evolución de los coeficientes mensuales, mientras que los coeficientes anuales permanecen prácticamente constantes para el rango de dimensiones características de los embalses en el área mediterránea.

Referencias bibliográficas

  • Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith. M. (1998). Crop evapotranspiration, guidelines for computing crop water requirements. lrrigation and Drainage Paper nº 56, FAO (United Nations), Rome, 300pp .
  • Allen, J.B., Crow, F.R. ( 1971). "Predicting lake evaporation by performance of evaporation ponds, pans and tanks." Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 14:458 - 463. https://doi.org/10.13031/2013.38314
  • Anderson, J.M. Duck, R.W. and McManus, J. (1999). Thermal radiometry: a rapid means of determining surface water temperature variations in lakes and reservoirs. Journal of Hydrology, 173: 131-144. https://doi.org/10.1016/0022-1694(95)02714-Z
  • Baille, A., Molina Martínez, J.M., González-Real, M.M., Martínez Álvarez, V., (-). Analysis of Class-A pan energy balance in a semi-arid climate. Enviado a Journal of Hydrology.
  • Bruton, J.M., Hoogenboom, G., McClendon, R.W. (2000). A compararison of automatically and manually collected pan evaporation data. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 43: 1097-1101. https://doi.org/10.13031/2013.3002
  • Brutsaert, W. (1982). Evaporation into the Atmosphere. Reidel, Dordrecht, 299 p. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1497-6
  • Chow, V.T., Maidment, D.R., Mays, L.W. (1988). Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, 570 pp.
  • Cole, G.A. (1994). Textbook of Limnology. Waveland Press lnc., Prospect Heights. Illinois.
  • Condie, S.A., Webster, I.T. (2001). Estimating Stratification in shallow water bodies from mean meteorological conditions. Journal of Hydraulic Engineering 127: 286-292. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2001)127:4(286)
  • Finch, J.W. (2001). A comparison between measured and modelled open water evaporation from a reservoir in south-east England. Hydrological Processes, 15: 2771-2778. https://doi.org/10.1002/hyp.267
  • Goldman, C.R.; Horne, A.J. (1983). Limnology. McGraw-Hill Book Company. New York, 470 pp.
  • Guobin Fu, Changming Liu, Shulin Chen, Jialian Hong (2004). lnvestigating the conversion coefficients for free water surface evaporation of different evaporation pans. Hydrological Processes, 18 (12): 2247-2262. https://doi.org/10.1002/hyp.5526
  • Jacobs, A.F.G., Heusinkveld, B.G., Lucassen, D.C. (1998). Temperature variation in a class A evaporation pan. Journal of Hydrology, 206: 75-83. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(98)00087-0
  • Harbeck, G.E., Jr. (1962). A practical field technique for measuring reservoir evaporation utilizing mass-transfer theory. U.S. Geol. Surv. Prof. Paper. 272-E: 101-105. https://doi.org/10.3133/pp272E
  • Imberger, J., Patterson, J.C. (1990). Physical limnology. Advances in Applied Mechanics, 27: 303-475. https://doi.org/10.1016/S0065-2156(08)70199-6
  • Kohler, M.A. (1954). Lake and pan evaporation: Water-loss investigations: Lake Hefner Studies, Tech. Report, Prof. Paper 269. Geol. Survey. U.S. Dept. Interior, pp. 127-148.
  • Lapworth, C.F. (1965). Evaporation from a reservoir near London. Journal of the Institution of Water and Environment Management, 19: 163-181 .
  • Lemekert, C., lmberger, J. (1998). Turbulent benthic boundary layer mixing events in freshwater lakes. Physical processes in lakes and oceans. Coastal and Estuarine Studies 5-1: 503-516. https://doi.org/10.1029/CE054p0503
  • Lenters, J.D., Kratz, T.K., Bowser, C.J. (2005). Effects of climate variability on lake evaporation: Results from a long-term energy budget study of Sparkling Lake, northern Wisconsin (USA). Journal of Hydrology 308: 168-195. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.10.028
  • Linacre, E. T. (1994). Estimating U.S. Class-A pan evaporation from few climate data. Water lnternational 19: 5-14. https://doi.org/10.1080/02508069408686189
  • Linsley, R.K, (1992). Evaporación y Transpiración. Hidrología para ingenieros, McGraw -Hill, México, Cap. 6: 123-155.
  • Martínez Alvarez, V.; Molina Martínez, J.M.; Baille, A. and González-Real, M.M. (-). Estimation of monthly pan evaporation in the Murcia Region. Enviado a Spanish Journal of Agricultural Research.
  • Martínez Alvarez, V.; Molina Martínez, J.M.; GonzalezReal, M.M. and Baille, A. (2005). Simulación de la evaporación horaria a partir de datos meteorológicos. Ingeniería del Agua, 12: 39-51. https://doi.org/10.4995/ia.2005.2550
  • Miro-Granada, J. (1981). Evaporación en Embalses. Instituto Nacional de Meteorología (INM). Ministerio de Transportes, Turismo y Comunicaciones. Madrid. 139 pp.
  • Molina Martínez, J.M., Martínez Alvarez, V., González Real, M.M., Baille, A. 2005.A simulation model for predicting hourly pan evaporation from meteorological data. Journal of Hydrology, 318: 250-261. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.06.016
  • Morton, F.I. (1990). Studies in evaporation and their lessons for the environmental sciences. Canadian Water Resources Journal, 15: 261-285. https://doi.org/10.4296/cwrj1503261
  • Penman, H.L. (1948), Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Royal Society of London Proceedings, Series A, 193: 120-146. https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0037
  • Riley, J.J. (1966). The heat balance of a Class-A evaporation pan. Water Resources Research 2: 223-226. https://doi.org/10.1029/WR002i002p00223
  • Saggio, A., Imberger, J. (1998 ). lnternal wave weather in a stratified lake. Limnology Oceanographic, 43: 1708- 1795. https://doi.org/10.4319/lo.1998.43.8.1780
  • Sartori, E. (2000). A critical review on equations employed for the calculation of the evaporation rate from free water surfaces. Solar Energy 68: 77-89. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(99)00054-7
  • Sellers, W. D. (1965). Physical climatology. University of Chicago Press, 272 p.
  • Singh, V.P. (1989). Hydrologic Systems. Vol. II. Watershed Modelling. Prentice-Hall: Englewood Cliffs, New Jersey.
  • Singh, V.P., Xu C.Y. (1997). Evaluation and generalization of 13 mass-transfer equations for determining free water evaporation. Hydrological Processes 11: 311-323. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(19970315)11:3<311::AID-HYP446>3.0.CO;2-Y
  • Stevens, C., Imberger, J. (1996). The initial response of a stratified lake to a surface shear stress. Journal of Fluid Mechanics, 312: 39-66. https://doi.org/10.1017/S0022112096001917
  • Taylor, J.R. (1993). Turbulence and mixing in the boundary layer generated by shoaling internal waves. Dynamics of Atmospheres Oceans, 19: 233-258. https://doi.org/10.1016/0377-0265(93)90038-9
  • Winter, T.C., Rosenberry, D.O., and Sturrock, A.M. (1995). Evaluation of 11 equations for determining evaporation for a small lake in the north central United States, Water Resources Research, 31: 983-993. https://doi.org/10.1029/94WR02537