miércoles, 7 de octubre de 2009

Evaporación y uso consuntivo

A. Términos y conceptos usados en el análisis del peligro de desertificación
El idioma de los especialistas en desertificación tiene conceptos como agricultura, selvicultura, geomorfología, hidrología, economía, física, química, sociología y antropología. Pocos son expertos en todos estos campos, pero el planificador que trabaja en áreas áridas y semi-áridas debe estar familiarizado con los términos "especializados" más comunes. Esta sección introduce algunos de los términos y conceptos usados en las discusiones sobre desertificación.
- Albedo: Es la relación entre la luz reflejada por una superficie no pulida y el total de la luz incidente sobre dicha superficie. El albedo es importante para el cálculo de la evapotranspiración potencial (ver más abajo) usando el método del presupuesto de calor para determinar la evaporación. Los diferentes tipos de vegetación y diferentes suelos absorven diferentes cantidades de radiación solar y su evapotranspiración potencial también será distinta. A medida que aumenta el albedo de la superficie, una mayor cantidad de radiación solar es reflejada y queda menos para calentamiento y evaporación.
- Suelos alcalinos: Son suelos con pocas sales libres pero con suficiente sodio (Na) o potasio (K) para ser dañinos a la mayoría de las plantas. Los coloides de estos suelos defloculan de tal modo que el drenaje y la aeración son pobres. La arcilla se lava hacia abajo y se acumula como una capa dura debajo de la superficie. Una alta cantidad de sodio (Na) puede elevar el pH por encima de 8,5. La hidrólisis a NaOH es altamente corrosiva para el humus, las raíces y otros tejidos vivientes.
- Unidad animal: Una medida que se usa para convertir números de las diversas especies de ganado a un patrón común en relación con los recursos de forraje, tomando como equivalente a una vaca madura (peso en vivo de alrededor de 450 kilogramos). Una unidad animal es igual a una cabeza de ganado, un caballo, una mula, cinco carneros, cinco puercos, o cinco cabras.
- Zona árida: Un área que tiene una baja relación de precipitación a evapotranspiración potencial (P/PET=0,03 a 0,20). Como resultado, las zonas áridas son regiones de baja productividad biótica. Las zonas áridas son áreas de tierra seca con especies anuales y perennes. En su forma natural generalmente pueden sostener un extenso pastoreo de ganado pero no agricultura de secano.
- Capacidad de sostenimiento: (a) el número de individuos de una especie dada que pueden ser sostenidos por un ecosistema dado; (b) la densidad de personas con un determinado patrón de vida que pueden ser sostenidas por un sistema; y, (c) el máximo número de una especie silvestre que podrá sostener un determinado territorio a lo largo del período más crítico del año en términos de forraje. Las personas usan información y tecnología para elevar la capacidad natural de sostenimiento de su medio ambiente, suplementando los ecosistemas locales por medio de la importación de energía y otros recursos. Esto permite que más personas ocupen la tierra con un mayor nivel de vida al que podría lograrse contando tan sólo con el ambiente natural local.
- Desierto: El término "desierto" nunca ha sido definido con precisión. En el imaginario popular, generalmente es una región con poca o ninguna vegetación, por razón de deficiente precipitación o aridez edáfica. También puede significar "tierras eriazas", es decir, áreas de baja producción de vegetación, cualquiera que fuera la razón por la que ello ocurre.
- Indicador de desertificación: Es un fenómeno físico, un organismo, una comunidad biótica, un criterio social, o una combinación de estos, generalmente asociado con una o más condiciones que demuestran la existencia del proceso de desertificación (Reining, 1978; Dregne, 1983).
- Pavimento del desierto: En áreas de desierto, una capa de piedras pequeñas o grava que cubre la superficie del suelo y permanece después de que la erosión cólica ha retirado el material más fino.
- Sequía: Un extendido período de sequedad; generalmente cualquier período de deficiencia de humedad que está por debajo de lo normal para una área específica. Compartiendo este concepto, hay varias definiciones que tienden a ser conceptuales u operacionales y varían de acuerdo a la disciplina (sequía meteorológica, sequía agrícola, sequía hidrológica, sequía socio-económica) y de acuerdo al país (Whilhite y Glantz, 1987).
- Ecosistema: Cualquier área que tiene organismos vivientes y substancias inanimadas que actúan como una unidad y donde hay un intercambio de material entre los elementos vivientes e inanimados y se desarrolla un flujo de energía dentro y a través del sistema. Aunque los ecosistemas pueden ser extremadamente pequeños, la palabra es usada en este capítulo para significar una área desde el tamaño de una pequeña granja (1 -5 hectáreas) hasta una región (varios miles de kilómetros cuadrados). Los linderos de los ecosistemas son establecidos arbitrariamente y se determinan de acuerdo a los objetivos del estudio.
- Efímero: Indica una existencia de corta vida, en este caso las plantas que tienen adaptaciones genéticas que les permiten germinar, crecer y reproducirse en unas pocas semanas y así "tomar ventaja" de ciertos factores ambientales de corta vida (humedad del suelo, temperatura, acceso a nutrientes) que requieren para completar su ciclo de vida.
- Evapotranspiración (ET): El total de agua perdida por cuerpos de tierra y agua por evaporación y transpiración de las plantas. La evaporación de suelos, superficies de plantas, y cuerpos de agua, y la transpiración a través de la estoma de las plantas, constituyen colectivamente la evapotranspiración. El proceso de evaporación es sencillamente la pérdida neta de agua de una superficie debido al cambio de estado de agua líquida a vapor. Los requerimientos para evaporación o transpiración son: a) flujo de energía a la superficie de evaporación o transpiración; b) flujo de vapor desde estas superficies; y c) flujo de agua líquida hacia estas superficies.
- Halofita: Una planta que crece en suelos salinos; una planta tolerante de sal. Algunas especies tales como la alfalfa son clasificadas como halofitas aunque el término generalmente significa plantas nativas del habitat salino. Las diferentes especies de halofitas toleran diferentes grados de salinidad.
- Zona húmeda: Una área que tiene una relación de precipitación a evapotranspiración potencial mayor de 0,75 (P/PET >0,75). Es decir es una área que tiene exceso de agua y donde las condiciones de sequía ocurren muy rara vez. Si lo permiten las temperaturas, en estas zonas los bosques crecen, y ciertos cultivos pueden crecer sin irrigación, aunque el extremo inferior del rango de precipitación puede reducir la producción.
- Zona hiper-árida: Una área de extrema aridez con una relación de precipitación a evapotranspiración potencial de menos de 0,03 (P/PET < 0,03) y donde pueden transcurrir períodos (aún años) sin precipitación. Exceptuando los freatófitos no existe vegetación permanente aunque con la precipitación crezcan plantas efímeras. Excepto durante períodos raros de precipitación, cuando los efímeros pueden ser usados para pastoreo, son imposibles la agricultura, la silvicultura y el pastoreo sin algún tipo de irrigación.
- Zona de vida: Una bioregión altitudinal o latitudinal con características distintivas de fauna y flora. Estas son áreas de paisajes naturales homogéneas en cuanto a clima. En América Latina, y en algún grado en el Caribe, los mapas de zonas de vida se han desarrollado en base al sistema Holdridge. Estas son áreas que tienen divisiones de calor, precipitación y humedad equivalentemente ponderadas. El calor se expresa como biotemperatura, que es una medida de calor efectivo en el crecimiento de la planta (0-30 grados Celsius); la precipitación es la precipitación total anual y la humedad efectiva es una combinación de biotemperatura y precipitación. Todas las principales zonas de vida pueden tener una presentación gráfica (Ver Figura 9-1).
- Freatofito: Una planta que absorbe su agua de una fuente permanente en el terreno. Estas se pueden encontrar a lo largo de los cursos de agua donde hay un flujo permanente de agua de superficie o subterránea y en áreas donde la capa freática generalmente está cerca de la superficie.
- Presión de la población: Son las densidades de población humana, silvestre y de ganado, relacionadas con las diversas capacidades de sostenimiento de un ecosistema. También están incluidas las presiones relativas de los cultivos y de irrigación sobre terrenos sujetos a salinización. Se piensa que los límites máximos sin irrigación son, en zonas áridas, de 7 habitantes por kilómetro cuadrado y una unidad animal por cada 5 hectáreas y, en zonas semi-áridas, de 20 habitantes por kilómetro cuadrado y una unidad animal por hectárea.
- Evapotranspiración potencial (PET): Generalmente definida como la tasa de evaporación y transpiración que tendría lugar en una área completamente cubierta de vegetación en la cual el agua del suelo no es limitante. Las tasas máximas de evaporación de grandes embalses de agua en las zonas áridas se aproximan a los 2.500 mm por año.
- Precipitación (P): Todo tipo de humedad descargada de la atmósfera (lluvia, nieve, granizo, agua, y niebla medible).
- Condición de pradera: El status de la vegetación en praderas en relación con su potencial en términos de la cantidad y tipo de producción de biomasa. La evaluación de condición de pradera involucra un análisis de densidad y composición de especies de planta de "calidad" (aquellas que son degustables y que son preferidas por los ganados y la fauna silvestre) por contraste tanto con aquellas que son menos degustables y que aumentan en densidad y composición bajo excesiva presión de pastoreo, como con aquellas que no son degustables, posiblemente dañinas, y que invaden las praderas bajo condiciones de uso extremamente pesado por el ganado.
- Tendencia de pradera: La evidencia de cambio en la vegetación. Por ejemplo, son indicadores importantes de tendencias la especie y el vigor de los sembríos que, en la terminología del manejo de praderas, pueden ser llamados disminuidores, aumentadores o invasores, según sus características de comportamiento bajo presión del pastoreo. También es importante la evidencia de nueva o creciente erosión de áreas erosionadas, a diferencia de las que se están recuperando y las de pisoteo. ya que la tendencia de la pradera es de interés principal para el administrador de ganado, un aumento en la vegetación forestal normalmente indica una tendencia decreciente. En términos de desertificación, sin embargo, un aumento de vegetación forestal podría indicar una tendencia favorable.
- Suelos salino-alcalinos: Los suelos que combinan los problemas tanto de suelos salinos como de suelos alcalinos que tienen una gran cantidad de sodio (Na), son defloculados, y generalmente tienen un pH superior al 8,5.
- Zona semi-árida: Un área con una razón de precipitación a evapotranspiración potencial de 0,20 a 0,50 (P/PET = 0,20-0,50) y una cobertura de vegetación natural herbácea discontinua con una frecuencia mayor de especies perennes que las zonas áridas. Esta zona normalmente puede sostener agricultura de secano y actividades de crianza de ganado con poca ayuda adicional si es que las tasas de crecimiento se mantienen a niveles adecuados para sostener la producción.
- Textura del suelo: Las proporciones relativas de los diversos tamaños de partículas minerales (grava, arena, limo, arcilla) en el suelo. Las partículas finas y gruesas tienen muy diferentes propiedades en términos de infiltración de agua y capacidad de almacenamiento, compactibilidad, erosividad y disponibilidad de nutrientes. Las clases de texturas van desde la arcilla que consiste de partículas de tamaño menor a 0,002 mm en diámetro (el material pasa a través de una saranda de 0,002mm), a limo (que pasa por una saranda entre 0,002mm y 0,050mm), a arena fina (que pasa por una saranda en 0,050mm y 0,020mm), a arena gruesa (que pasa por una saranda entre los puntos 0,020mm y 0,200mm), hasta grava fina (que pasa a través de un tejido entre 0,200mm y 2,00mm) y grava gruesa (que pasa a través de una malla de 2,00mm y 5,0mm). En general los términos de "textura fina" y "textura gruesa" se refieren a suelos que contienen grandes cantidades de arcillas o limos de arcilla mientras que "textura gruesa o "textura leve" se refieren a suelos que contienen relativamente más arena que arcilla.
- Zona sub-húmeda: Una área con una relación de precipitación a evapotranspiración potencial de 0,5 a 0,75 (P/PET =0,5-0.75) cubierta con zonas pequeñas de vegetación natural que son más densas pero que pueden incluir las sabanas tropicales. La agricultura en secano es común en esta zona para cultivos adaptados a sequías ocasionales.
- Sucesión: Un proceso de cambio en ecosistemas de las etapas "inmaduras" a "maduras". Las etapas anteriores son caracterizadas por una producción neta primaria mayor y menos diversidad de especies. El mantenimiento de las primeras etapas puede ser difícil y costoso pero cualquier exceso de producción puede ser cosechado como alimento y fibra.
- Vegetación xerofítica: Vegetación, especialmente vegetación leñosa en climas secos. Estas plantas tienden a crecer en pequeñas parcelas con bajas densidades. Crecen muy lentamente y tienen una estructura de hoja y características bioquímicas que permiten una gran eficiencia en el uso del agua.
El concepto de evapotranspiración potencial se define como una estimación de tasas de evaporación y transpiración cuando no se limita el agua del suelo. Compensa fácilmente la falta de información sobre transpiración y permite una síntesis clara de las numerosas mediciones de humedad de suelos, infiltración, escurrimiento, etc., que se necesitan para entender los parámetros climáticos. Las tasas de evapotranspiración están relacionadas a varios factores climáticos, siendo la temperatura el más importante. Por ejemplo, si se ajustan las cifras de temperatura para variaciones en la longitud del día (horas del día), usando una fórmula desarrollada por Penman (Chow, 1964), se demuestra que hay una íntima relación entre temperatura media y evapotranspiración potencial. En consecuencia, se puede usar esta fórmula para calcular la evapotranspiración potencial para cualquier lugar cuya latitud es conocida y donde los registros de temperatura están disponibles o pueden ser estimados. Los datos sobre excedentes y déficit de agua se pueden inferir comparando las cifras de precipitación mensual y las de la evapotranspiración potencial mensual.
Las tasas de evaporación se pueden obtener de lecturas en cuerpos controlados de agua abierta (evaporímetros). Aunque la transpiración es producto de la evaporación de superficie de las hojas, sus tasas dependen de la disponibilidad de agua del suelo así como de los rasgos estructurales y funcionales de las plantas (ubicación del estoma y de los procesos internos que gobiernan la pérdida o ganancia de agua en las celdas protectoras) ya que estas están afectadas por la luz. Por ejemplo, la luz aumenta las tasas de transpiración más que las tasas de evaporación. Por otro lado, el viento aumenta la tasa de evaporación más que la de transpiración. Así pues, las tasas de evaporación no siempre son un índice de las tasas de transpiración.
Factores responsables de la evaporación
•Meteorológicos (presión de vapor, la presión atmosférica, radiación solar, temperatura del aire, velocidad del viento, etc).
•Naturaleza de la superficie de evaporación
•Calidad del agua

Cálculo de la evaporación en superficies libres de agua
•Ecuación simple


• Donde: EL=evaporación de cuerpo de agua, [L]
Ep=evaporación del evaporímetro, [L]
K = factor de correción del evaporímetro
•Ecuación de Kohler y Parmele


•Donde:

esL=presión de vapor de saturación para la máxima temperatura justo bajo la superficie del agua.
esp= presión de vapor de saturación para la máxima temperatura registrada en el evaporímetro.
ez = presión de vapor promedio a una altura Z sobre el cuerpo de agua.
K’ = coeficiente dependiente del tipo de evaporímetro (K’=1.5 evaporímetros de 4ft de diámetro y 10 plg de altura donde Z=4m)

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