4 evaporation transpiration

8/13/2019 4 Evaporation Transpiration

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H y d r ol o

gi c al C

y c l e

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d

r ol o g y

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r ol o g y

F r om

P r ev i o

u s L

e c t ur e

6 .P RE S E NT AT I O

N

Of P r e c i pi t a t i onD a t a

5 . S T ORM

4 .ANAL Y S E S

( P oi n t M e a s ur em en t )

3 .ME A S URE ME NT

2 .T Y P E S

1 .F ORM S

P r e ci pi t a t i on


r ol o g y

L o

s s e s f r omP r e

c i pi t a

t i on

•

Q u an

t i t y n

o

t u s e d f or h

y d r o

p ow

er

g en

er a t i on

,

i r r i g a t i on

,w

a t er s u p pl y ,

o t h er

u s e s

P r e c i p

i t a t i on– S ur f a c eR un of f =T o

t al l o s s

T o t al l o s s =E v a p or a t i on

+T r an s pi r a t i on+I n t er c e p t i on+D e pr e s s i on s t or a g e+I nf i l t r a t i on

•

Uni t s : L T -1

•

L o s s e s f or m

am

a j or

p or t i on

of h

y d r ol o

gi c c y c l e:

E v a p or a t i on ,T r an s pi r a t i on an d I nf i l t r a t i on


E V A P

ORA T I ON

,

T RA N S P I RA T I ON

&

E V A P

OT RA N

S P I RA T I O

N

C h

a p t er 4

( A b s t r a c t i onf r omP r e

c i pi t a

t i on

)


r ol o g y

L E

A RNI N

G OB

J E C T I V E S

• A

t t h e en

d of t h i s

c l a s s , s t u d en

t s s h o ul d

b e a b l e

t o:

–D ef i n e e

v a p or a t i on an d t r an s pi r a

t i on

–E x pl ai n ev a p o t r an s pi r a t i on

– C al c ul a t e ev a p or a t i on & ev a p o t r an s pi r a t i on

u s i n g d i f f er en t m e t h o d s / e q u a t i on s d i s c u s s e d

i n c l a s s


OV E RV I E W

C h a p t er 4

I n t r o d u c t i on

M e t F

a c t or s

T r an s pi r a

t i on

M e t h o d s of

E s t i m a t i n g

E v a p or a t i on

W a t er

B u d g e t

E v a

p o t r an

s pi r

a t i on

E n

er g

y

B u d g e t

P enm

an’ s

T h

e or y

M a s s

T r an

s f er

C l i m

a t i c

A p pr o

a c h B

l an

e y -

C r i d

d l e

T h

or n

t h w

ai t e

F i el d

M e a s ur em

en

t

NW

S C l a

s s

A P

an

E v a

p o t r an

s -

pi r om

e t er s

L y s i m e t er



I n t r o d u c t i on

• E v a

p or a

t i on

–A pr o c e s s b y wh i c h w a t er a c c um

ul a t e d on t h e

l an d s ur f a c e an d w a t er b o d y i s c onv er t e d i n t o

v a p o ur s t a t e an d r e t ur n e d t o t h e a t m o s ph er e

• T r an

s pi r a

t i on

–W a t er a b s or b e d b y pl an t s an d c r o p s an d

ev en t u al l y d i s c h ar g e d i n t o t h e a t m o s ph er e

• Uni t s : L T -1 s u

c h a s mmh -1 ,

c m

d -1 or

i n c

h e s d

-1



M e t e or ol o

gi c al F

a c t or s

• W a t er ev a p or a

t e s f r oml an d , ei t h er b ar e s oi l or

s oi l c ov er e d v e

g e t a t i on , t r e e s ,i m p er v i o u s

s ur f a c e s l i k er o

of s an d r o a d s , o p enw a t er an d

f l owi n g s t r e am

s

• E v a p or a t i onr a

t e s ar e af f e c t e d b y c l i m a t e

–h i gh i n ar i d an d s emi ar i d r e gi on s

–l owi nh umi d r e gi on s

• S ur f a c ew a t er

s t or a g e: y i el d of r i v er b a s i n ,

c a p a c i t y of r e s

er v oi r s , s i z e of p um pi n g ,

c on s um p t i v e u

s e of w a t er b y c r o p s , y i el d of

un d er gr o un d s

u p pl i e s , e t c .


M e t F

a c t or s

( c on

t ’ d

)

• N

o t p o s s i b l e

t om

e a s ur el ak e

ev

a p or a

t i on

d i r e

c t l y

• O t h er m

e t e or ol o

gi c al ( m

e t ) f a

c t or s

af f e

c t i n g ev a p

or a

t i on

S ol ar r a d i a

t i on

R el a

t i v eh

umi d i

t y

T em

p er a t ur e

Wi n

d

E s t i m a t i n gE

v a p or a

t i onf r omR

e

s er v oi r

• Di f f i c ul t

t o e s

t i m a t e d u e t o c om

pl ex

i n t er a

c t i on

s b e t w e en

c om

p on

en

t s

of l an

d -

pl an

t - a t m o s p

h er e s y s t em

• M

e t h o d s f or

e s t i m a t i n g ev a

p or a

t i on

–E m pi r i c al

–W a t er b u d g e t m e t h o d

–E n er g y b u d g e t m e t h o d

–M a s s t r an s f er m e t h o d

– C om b i n a t i on

–M e a s ur em en t


W

a t er B

u d g e t M

e t h o d

• A s s um e s a

l l r el ev an t w a t er - t r an s p or t ph a s e s c an

b e ev al u a t e d f or a t i m e p er i o d ,∆ t ( >

1 w e ek )

• R e s er v oi r an d l ak e ev a p or a t i on

E =P + Q

- O-I -∆ S

E : v ol um e ev

a p or a t e d f r omw a t er

P : P r e c i pi t a t i on onr e s er v oi r ( r ai n g a u g e )

Q: S ur f a c er u

n of f i nf l owi n t or e s er v oi r ( f l ow

r e c or d s )

O: O u t f l owf r omr e s er v oi r ( f l owr e c or d s )

I : N e t v ol um

ei nf i l t r a t i on ( i n d i r e c t , p er m e a b i l i t y )

∆ S : c h an g ei n

s t or e d v ol um e ( s t a g er e c or d

er )

• S i m pl ei n t h e or y b u t r ar el y pr o d u c e

r el i a b l e

r e s ul t s i n p

r a c t i c e ; n e t i nf i l t r a t i onm e a s ur em en t


W a t er B

u d g e t M

e t h o d ( c on

t ’ d )

• M o s t of t h e t er m s i n t h e e q u a t i on c an b e

ev al u a t e d e a s i l y / d i r e c t l y

• N e t i nf i l t r a t i on:

ev al u a t e d i n d i r e c t l y , b y

m e a s ur i n g s oi l p er m e a b i l i t y or m oni t or i n g

c h an g e s i n gr o

un d w a t er l ev el i nn e ar b y

w el l s

• Di f f i c ul t y i nm e

a s ur i n gn e t i nf i l t r a t i on g e

n er al l y

l i mi t s t h ew a t er b u d g e t m e t h o d




E n

er g y B

u d g e t A

p pr o

a c h

• I nv ol v e s s ol v i n g an e q u a t i on t h a t l i s t

al l t h e

s o ur c e s an d

s i nk s of t h er m al en er g y

• S i gni f i c an t e

n er g y ex c h an g e s o c c ur a t t h e

ev a p or a t i n g

s ur f a c e d ur i n g ev a p or a t i on

• H e a t of v a p o ur i s a t i on: am o un t of h e a t r e q ui r e d t o

c onv er t 1 g

w a t er t ov a p o ur

• 5 8 6 c al or i e s

a t 2 0

o C

• R e q ui r e s gr e a t d e al of i n s t r um en t a t i on

• R el i a b l ei n t h e or y , s ui t a b l ef or r e s e ar c h onl y

• R e q ui r e s d e

t ai l e d m e t e or ol o gi c al d a t a


M a s s

T r an

s f er A

p pr o

a c h

• S t u d i e s h av e s

h own t h a t ev a p or a t i onr a

t e s ar e a

f un c t i on of t h e

d i f f er en c e b e t w e en t h e s

a t ur a t i on

v a p o ur pr e s s ur e a t w a t er s ur f a c e t em p e

r a t ur e

an d t h ev a p o ur pr e s s ur e of t h e ov er l y i n g ai r

( p ar t i al v a p o ur

pr e s s ur e )

• A er o d y n ami c b

a s e d m e t h o d u t i l i s e t h e c on c e p t

of e d d y m o t i on

( t ur b ul en t ) t r an s f er of w a t er

v a p o ur f r om an

ev a p or a t i n g s ur f a c e t o t h e

a t m o s ph er e

• S a t i s f a c t or y r e s ul t s , u s e e a s i l y m e a s ur a

b l e

v ar i a b l e s , s i m p

l em o d el f or m


• I n c on s i s t en c i e s

–Wi n d s p e e d an d ai r t em p er a t ur em e a s ur e d a t

i n c on s i s t e

n t h ei gh t s ( 2 –2 5 m )

–M e t e or ol o

gi c al d a t a c ol l e c t i on pr o c e d ur e s an d

s t an d ar d s


M a s s T r an

s f er A

p pr o

a c h

( c on t ’ d )

M a s s T r a

n s f er A

p pr o

a c h ( c o

n t ’ d )

• E v a p or a t i on d e p

en d s on s u p pl y of h e a t a

n d v a p o ur

pr e s s ur e gr a d i en t , an d m e t e or ol o gi c al f a c t or s :

t em p er a t ur e ,wi n d s p e e d , a t m o s ph er i c pr e s s ur e ,

s ol ar r a d i a t i on ,w

a t er q u al i t y an d n a t ur e an d s h a p e

of ev a p or a t i n g s

ur f a c e

E 0 = C ( e s – e a )

E 0 : F r e ew a t er s ur f a c e ev a p or a t i on

e s : s a t ur a t i onv a p o

ur pr e s s ur e a t w a t er s ur f a c e

t em p er a t ur e

e a: ai r v a p o ur pr e s s ur e

C : a er o d y n ami c c on d u c t an c e ; C =1 / r a

r a: a er o d y n ami c r e

s i s t an c e


S a t ur a

t i on

d ef i c i t

of

ai r

M a s s T r an

s f er A

p pr o

a c h

( c on t ’ d )

• C a s s um e d t o b e d e p en d en t onwi n

d s p e e d

E 0 =f ( u ) ( e s - e

a )

E 0 : F r e ew a t er s ur f a c e ev a p or a t i on

e s : s a t ur a t i onv a p o ur pr e s s ur e a t w a t er s u

r f a c e

t em p er a t ur e

e 0 : s a t ur a t i onv a p o ur pr e s s ur e a t ai r t em p

er a t ur e

e a: ai r v a p o u

r pr e s s ur e

E 0 =f ( u ) g ( e ) h ( T )

f ( u ) : wi n d f un c t i on

g ( e ) : v a p o ur

pr e s s ur ef un c t i on

h ( T ) : t em p er

a t ur ef un c t i on , c on s i d er e d 1 . 0



P enm

an’ s T h

e or y

( 1 9 4

8 )

• E s t i m a t e ev a p or a t i onf r omw e a t h er d a t a

• R e q ui r em en t s :

– S u p pl y of en er

g y t o pr ov i d el a t en t h e a t of ev a p or a t i on

–M e c h ani s mf or r em ov i n gv a p o ur , on c e pr o d

u c e d

• T h e t h e or y c om

b i n e s en er g y b al an c e a p pr o a c h

wi t h m a s s t r an s f er a p pr o a c h t o c om p u t e

ev a p or a t i onE

0

• P enm anf or m u

l a:

γ γ +

∆ +

∆

=

aE

H

E 0

)

/

8 0

. 0

2 0

.

0

) (

0 7 7

. 0

4 7

. 0 (

)

1 0

4 .

1 1 7

(

)

0 6

. 0

1

) (

/

5 5

. 0

1 8

. 0 (

4

9

D

n

e

T

x

D

n

R

H

a

A

+

−

−

−

+

=

−




P e

nm an’ s T h

e or y

( c on

t ’ d )

E 0 : ev a

p or a

t i onf r om

o p enw

a t er

ew:

s a t ur a

t i onv a

p o ur pr e

s s ur e

of

ai r

a t w

a t er

s ur f a

c e t em p er a

t ur e

t w

e:

a c t u al v a

p o ur

pr e

s s ur e

of

ai r

a t t em

p er a

t ur e

t =

s a t ur a t i onv a

p o ur

pr e

s s ur e

a t d ew- p

o

i n t t d

e s : s a t ur a

t i onv a

p o ur pr e

s s ur e

of

ai r

a t t em

p er a

t ur e

t

: s a t ur a

t i onv a

p o ur pr e

s s ur e

of

ai r

a t b o un

d ar y l a

y er

t em p er a

t ur en

/ D:

c l o u d i n

e s s r a

t i o=

a

c t u al / p

o s s i b l eh

o ur s

of

s un

s h i n

e ( T

a b l e2

)

RA : A n

g o t ’ s v al u

e o

f s ol ar r a

d i a

t i on

ar r i v i n

g a t t h e a t m o s ph er e

( T a b l e1

)

H: n

e t am

o un

t of

en

er g y r em

ai ni n

g a t af r e

ew

a t er

s ur f

a c e

γ : p s y c h r om

e t er

c on

s t an

t =

0 . 6

6 i f

t i s i n◦ C

an

d ei nm

b ar

T a: a b s ol u

t e e ar t h

t em p

er a

t ur e=

t ( ° C ) +2 7

3

E a: ev a

p or a

t i on

( i n en er g

y t er m

s ) f or h

y p o t h e t i c al c a

s e of e q u al

t em

p er a

t ur e

s of

ai r

an d w

a t er

s e′

e

e

e

e

E E

s s

a

−′

−

= 0


P enm

an’ s T h

e or y

( c on

t ’ d

)

• ∆ : i s o b t ai n e d f r o

m t h e s a t ur a t i onv a p o ur

pr e s s ur e

c ur v e , t y pi c al l y a

s s h own.

t ° C

∆

0

0 . 3 6

1 0

0 . 6 1

2 0

1 . 0 7

3 0

1 . 8 0


P e

nm an’ s T h

e or y

( c on

t ’ d )

• A n

g o t ’ s v

al u e s f or

s h or t w

av er a

d i a t i on

f l ux ,R

A


P enm

an’ s T h

e or y

( c on

t ’ d

)

• M e an d ai l y m a

x h o ur s of s un s h i n e ,n / D

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r ol o g y T

r an

s pi r a

t i on

• Onl y

s m al l f r a

c t i on of w

a t er i s r e

t ai n

e d i n

pl an

t s t r u c t ur e

• M

o s t p a s s e s t h r o u

gh

t h er o

o t s of

s t em

or

t r unk ;

an

d

t r an

s pi r e

d i n

t o

a t m o s ph

er e

t h r o

u gh l e

av e

s

• t h e pr o

c e s s b y wh i c h w

a t er i s

ev a

p or a

t e d f r om

ai r

s p a c e s i n

t h e

pl an t l e

av e

s

• C on

t r ol l e

d b y

s ol ar r a

d i a

t i on

, t em

p er a

t ur e

,wi n

d an

d

v a p o ur

pr e

s s u

r e gr a

d i en

t s

• I nf i el d

c on

d i t i on s ,i t i s

pr a

c t i c al l y i m

p o s s

i b l e t o

d i f f er en

t i a t e ev

a p or a

t i onf r om

t r an

s pi r a

t i on a

s t h e

gr o

un

d i s

c ov er e d

b y v e

g e t a t i on

; c omm

o

nl y r ef er r e

d a s

ev a p o t r an s pi r a t i on

• A

t ni gh

t , t h e p

or e s or s t om a t a of

pl an

t s c

l o s e u p an

d

v er y l i t t l em

oi s

t ur el e

av e

s t h e pl an

t s ur f a

c e s


E v

a p o t r an

s pi r a

t i on

• T o t al l o s s of w a t er f r oml an d ( ev a p or a t i on ) an d

pl an t s ( t r an s pi r a t i on )

• P o t en t i al ev a p o

t r an s pi r a t i on ( P E T ) : r a t e

of E T

f r om af ul l y v e g

e t a t e d w a t er s h e d wh en s uf f i c i en t

m oi s t ur ei s al w a y s av ai l a b l e

• A c t u al ev a p o t r a

n s pi r a t i on ( AE T ) : al w a y sl e s s

t h an or e q u al t oP E T d e p en d i n g on t h e

s p e c i f i c

s i t u a t i on

• E T c an b e e s t i m a t e d b y :

– C l i m a t i c a p pr o a c h

–E x p er i m en t al f i el d m e a s ur em en t s




E v

a p o t r an

s pi r a

t i on

( E

T )

• A m o un t of

E T d e p en d s on

–F r e q u en c y / o c c ur r en c e of pr e c i pi t a t i on

– C l i m a t i c f a

c t or s

–T y p e ,m an

n er of c ul t i v a t i on & ex t en t of

v e g e t a t i on

• T r an s pi r a t i on: D a y t i m e ( un d er s ol ar r a d i a t i on )

• Ni gh t : p or e

s of pl an t s c l o s e u p an d l i t t l em oi s t ur e

l e av e pl an t s ur f a c e

• E v a p or a t i on: a s l on g a s h e a t i n p u t i s av ai l a b l e

• O t h er f a c t o

r : A v ai l a b i l i t y of w a t er s u p pl y

–I f w a t er i s

a b un d an t ,m or ewi l l b e u s e d

b y pl an t s .

–T h u s ,P o t en t i al E v a p o t r an s pi r a t i on ( P E

T ) m a y t ak e

pl a c e

–M o s t m e t h

o d s a s s um e a b un d an t w a t er

s u p pl y


C l i m a

t i c A

p pr o

a c h

• B l an e y - C r i d d l e ( 1 9 6 2 )

• A n em pi r i c al r el a

t i on u s e d b y i r r i g a t i on en

gi n e er s t o

c al c ul a t e c r o pw a t er r e q ui r em en t of v ar i o u s c r o p s

• E s t i m a t e s of P E T

i s c ar r i e d o u t b y c or r el a

t i n gwi t h

s un s h i n e t em p er

a t ur e

B

l an e y - C r i d

d l eM

e t h o d


• R

el a

t i v el y

s i m pl i s t i c m

e t h o d

f or

c al c ul a

t i n g

ev a p or a

t i on

• P r ov i d

er o

u gh

e s t i m a t e onl y

• I d

e al wh

en

onl

y ai r

t em

p er a

t ur e

d a t af or

s i t ei s

av ai l a

b l e

• On

em

on

t h or

gr e a

t er

E T

0 =P ( 0 .4 6 T

m

+ 8 )

E T

0 : E v a p o t r an s pi r a t i onf or

‘ r ef er en c e c r o p’

T m: m e an d ai l y t em

p er a t ur e ( ° C )

P : r a t i o of m e an d a

i l y h o ur s f or a

gi v enm on t h t o t o t al d a y t i m ei n

t h e y e ar ( % )

B l an

e y - C r i d

d l e

( c on

t ’ d )

r a t i o of m e an d ai l y h o ur s f or a gi v enm on t h t o t o t al

d a y t i m ei n t h e y e

ar ( % )

P = ( x / y ) x 1 0 0

x : t h em e an d ai l y d a

y t i m eh o ur s f or a gi v enm on t h

y : t h e t o t al d a y t i m eh o ur s i n t h e y e ar

E v a p o t r an s pi r a t i onf or c r o p

E T

c =k

c E T

0

k c : c r o pf a c t or



B l an

e y - C r i d

d l eM

e t h o d f o

r C r o p s

• V al u e of k

c

d e p en d s on t h em on t h a

n d l o c al i t y .

• A v er a g ev a

l u ef or t h e s e a s onf or s e

l e c t e d c r o p s

i s gi v en b el ow

B l an

e y - C r i d

d l e

( c on

t ’ d )

• D o or en b o s an d P r ui t t a c c o un t e d f or a c t u al

i s ol a t i on t i m e ,r el a t i v eh umi d i t y an d d a y

t i m e

wi n d s p e e d

E T

0 =P ( 0 .4 6 T

m+ 8 ) b e c om e s f =P ( 0 .4 6

T m+ 8 )

f : d ai l y c on s um p t i v e u s ef a c t or ( mm )

• T h en ,E T

0 = a+ b f , a an d b ar e c on s t an

t s

• J u s t u s eE T

0 =

P ( 0 .4 6 T

m+ 8 )

• E v en t u al l y u s e

E T c =k

c E T

0




P r o

c e d ur e s i n

u s i n gB l an

e y - C r i d

d l e

• S t e p1 : D e t er mi n a t i on of t h em e an d ai l y

t em p er a t ur

e: T m

• S t e p2 : D e t er mi n a t i on of t h em e an d ai l y

p er c en t a g e

of ann u al d a y t i m eh o ur s

, p

• S t e p 3 : C al c ul a t eE T

o


S um

of al l T

m ax v al u e s d ur i n g t h e

m on t h

S um of al l T

mi nv al u e s d ur i n g t h e

m on t h

N um b er of d a y s of t h em on t h

T m

ax =

N um b er of d a y s of t h em on

t h

T mi n=

T m

ax

+T

mi n

2

T m=

N o. d a y s =

3 0

S umT

m ax =

1 0 9 7 .2

S umT

mi n=

7 5 0 . 8

M e anT

m ax

=

1 0 9 7 .2 / 3 0 = 3 6 . 6 o C

M e anT

mi n=7 5 0 . 8 / 3 0

=2 5 . 0 o C


D e t er mi n

em

e an

d ai l y

t em

p er a

t ur

e ,T m

L a t i t u d e

N or t h

J an

F e b

M ar

A pr

M a y

J un e

J ul y

A u g

S e

p t

O c t

N ov

D e c

S o u t h

J ul y

A u g

S e p t

O c t

N ov

D e c

J an

F e b

M ar

A pr

M a y

J un e

6 0 °

.1 5

.2 0

.2 6

. 3 2

. 3 8

.4 1

.4 0

. 3 4

.2

8

.2 2

.1 7

.1 3

5 5

.1 7

.2 1

.2 6

. 3 2

. 3 6

. 3 9

. 3 8

. 3 3

.2

8

.2 3

.1 8

.1 6

5 0

.1 9

.2 3

.2 7

. 3 1

. 3 4

. 3 6

. 3 5

. 3 2

.2

8

.2 4

.2 0

.1 8

4 5

.2 0

.2 3

.2 7

. 3 0

. 3 4

. 3 5

. 3 4

. 3 2

.2

8

.2 4

.2 1

.2 0

4 0

.2 2

.2 4

.2 7

. 3 0

. 3 2

. 3 4

. 3 3

. 3 1

.2

8

.2 5

.2 2

.2 1

3 5

.2 3

.2 5

.2 7

.2 9

. 3 1

. 3 2

. 3 2

. 3 0

.2

8

.2 5

.2 3

.2 2

3 0

.2 4

.2 5

.2 7

.2 9

. 3 1

. 3 2

. 3 1

. 3 0

.2

8

.2 6

.2 4

.2 3

2 5

.2 4

.2 6

.2 7

.2 9

. 3 0

. 3 1

. 3 1

.2 9

.2

8

.2 6

.2 5

.2 4

2 0

.2 5

.2 6

.2 7

.2 8

.2 9

. 3 0

. 3 0

.2 9

.2

8

.2 6

.2 5

.2 5

1 5

.2 6

.2 6

.2 7

.2 8

.2 9

.2 9

.2 9

.2 8

.2

8

.2 7

.2 6

.2 5

1 0

.2 6

.2 7

.2 7

.2 8

.2 8

.2 9

.2 9

.2 8

.2

8

.2 7

.2 6

.2 6

5

.2 7

.2 7

.2 7

.2 8

.2 8

.2 8

.2 8

.2 8

.2

8

.2 7

.2 7

.2 7

0

.2 7

.2 7

.2 7

.2 7

.2 7

.2 7

.2 7

.2 7

.2

7

.2 7

.2 7

.2 7


M e an d ai l y p e

r c en t a g e ( p ) of ann u al d a

y t i m eh o ur s

f or d i f f er en t l a t i t u d e s

E T

o= p ( 0 .4 6 T

m+ 8 )

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r ol o g y E

s t i m a t i n gE T

0

C l a

s s E x er c i s e

Q u e s t i on

D e t er mi n e t h em e anE T

0 f or t h em on t h of A pr i l ,i n

mm d

-1 u s i n g

t h eB l an e y - C r i d d l eM e t h

o d . Gi v en

L a t i t u d e: 3 5 oN or t h

M e anT

m ax =2 9 . 5 o C

M e anT

mi n=1 9 .4 o C


C l a s s E x er c i s e

• S t e p1 : D e t er mi n

eT m

T m= ( T m

ax +T

mi n

) / 2 = ( 2 9 . 5 +1 9 .4 ) / 2 =2 4

. 5 o C

• S t e p2 : D e t er mi n

e p

Gi v enL a t i t u d e 3

5 oN or t h ,M on t h : A pr i l

F r om t h e t a b l e o

f m e an d ai l y p er c en t a g e

( p ) of

ann u al d a y t i m eh o ur s f or d i f f er en t l a t i t u d e s ,

p= 0 .2 9

• S t e p 3 : C al c ul a t e

E T 0

E T

o= p ( 0 .4 6 T

m

+ 8 ) = 0 .2 9 ( 0 .4 6 x 2 4 . 5 + 8 )

= 5 . 6 mm d

-1




I n d i c a

t i v ev al u

e s of E T

0 ( mm

d -1 )

M e an d ai l y t em p er a t

ur e

C l i m a t i cz on e

l ow ( l e s s t h an

1 5 ° C )

m e d i um ( 1 5 -2 5 ° C ) h i gh ( m or e t h an

2 5 ° C )

D e s er t / ar i d

4 - 6

7 - 8

9 -1

0

S emi ar i d

4 - 5

6 -7

8 - 9

S u b -h umi d

( M oi s t )

3 -4

5 - 6

7 - 8

H umi d

1 -2

3 -4

5 - 6

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r

ol o g y


T h

or n

t h

w ai t eE

q u a t i on

( 1 9 4

8 )

• A n ex p on en t i al r el a t i on s h i p b e t w e enm e anm on t h l y

t em p er a t ur e an d m e

anm on t h l y c on s um p t i v e.

Rf i s t h er e d u c t i onf a c t or ( T a b l e 3 ) ,

T m t h em e anm on t h

l y t em p er a t ur ei n° C ,

ai s a c on s t an t

T ei s t h e ann u al h e a

t i n d ex , ex c l u d i n gn e g a t i v e t em p er a t ur e.

a

e m

f

m o n t h

T T

R

E T

=

1 0

6

2

.1

3

2

0 0 0 0 0

0 6 7 5

. 0

0 0 0 0 7 7 1

. 0

0 1 7 9

2

. 0

4 9 2 3

. 0

e

e

e

T

T

T

a

+

−

+

=

5 1 4

.1

5

=

m

e

T

T

• I n b o ok s ,i t

i s u s u al l y wi t h o u t R

f , b u t s om e t i m e s

P E T =R

f P E T ( 0 )


ol o g y

T h

or n

t h w ai t eE

q u a t i on

( c on t ’ d )



ol o g y C

l a s s E x er c i s e

• E s t i m a t e t h em on t h l y

p o t en t i al ev a p o t r an s pi r a t i on

b y u s i n g t h eT h or n t h w ai t e

f or m ul af or a pl a c el o c a t e d

a t l a t i t u d e of 4 0 º N

• T h em on t h l y t em p er a t ur e

ar e s h owni n t h en ex t t a b l e

• I f t h e gr owi n g s e a s onf or

c r o p s i s f r omM a y 1 5 t o

S e p t em b er 1 5 , d e t er mi n e

t h e s e a s on al c on s um p t i on

f or t h e c r o p s

M on t h

Tm

( º C )

J a n u a r y

-1 8 . 6

F e b r u a r y

-1 4 . 6

M a r c h

-1 . 0

A pr i l

4 . 6

M a y

1 4 . 5

J un e

2 4 .2

J ul y

2 1 . 3

A u g u s t

1 9 . 7

S e p t e m b e r

1 0 . 6

O c t o b e r

4 . 6

N o v e m b e r

- 0 .4

D e c e m b e r

- 9 . 3


5 .2 F

i el d M

e a s ur em

en

t s

• E v a p or a t i on p an–

pr a c t i c al .

–P

an

ex p

o s ef r e

ew

a t er s ur f a

c e t o t h e ai r ,

–E v a

p or a

t i onr a

t ei s

d e t er mi n

e d b y m

e a s ur i n

gw

a t er l o

s s d ur i n

g

on

e t i m e p er i o

d , u s

u al l y 1

d a y .

–E v a

p or a

t i onr a

t em

e a s ur e

d b y t h e p an

,h

ow

ev er i s n

o

t t h e s am

e

a s t h a t of

t h el ak e

or r e

s er v oi r

ex p

o s e d t o s i mi l ar m

e t e or ol o

gi c al

c on

d i t i on

s .

• E v a p or a t i onr a t em

e a s ur e d b y t h e p ani s n o t t h e s am e

a s t h a t of t h el ak e

or r e s er v oi r ex p o s e d t o s i mi l ar

m e t e or ol o gi c al c on

d i t i on s

• Di f f er en c e a t t r i b u t e d t o p ani n s t al l a t i on & ex p o s

ur e.

• T h ef a c t or s pr o d u c

e p an ev a p or a t i onr a t e gr e a t er t h an

a c t u al l ak e / r e s er v o

i r ev a p or a t i on.

• T h er ef or e , a p pl y c or r e c t i onf a c t or : p an c o ef f i c i en t




P a

nE v a

p or a

t i on

( c on

t ’ d )

• R el a t i on s h i p b e t w e enP E T an d p an

ev a p or a t i on

i s gi v en b y :

P E T =k

p anE

p an

k p an

= p an

c o ef f i c i en t ( v al u ev ar i e s f r om

0 . 6 4 t o 0 . 8 1 )

E p an= d a t af r om p an ev a p or a t i on


E v a

p or a

t i onP

an: NW

S C l a

s

s A

• m o s t wi d el y u s e d

ev a p or a t i on p ani n U S

• r e c omm en d e d a s a s t an d ar d f or ev a p or a t i on

m e a s ur em en t b y

t h eW or l d M e t e or ol o gi c a

l

Or g ani s a t i on

• P r a c t i c al

–P an ex p o s e s f r e e

w a t er s ur f a c e t o t h e ai r

–E v a p or a t i onr a t e: w a t er l o s s i n1 d

–N o t t h e s am e a s l ak e


E v a

p or a

t i onP

an: NW

S

C l a s s A

Un p ai n t e d g al v ani z e d i r on , d i am e t er : 1 2 2 c m

H ei gh t : 2 5 .4 c m

M o un t e d 1 5 c m a b

ov e gr o un d

P ani ni t i al l y f i l l e d w

i t h w a t er t o2 0 c m ,r ef i l l e d w

h enf al l b el ow

1 7 . 5 c m

M or e a c c ur a t em e

a s ur em en t of w a t er l o s s a s p

anh a s pr o p er

l ev el a t al l t i m e


A d d w a t er wh en t h

e

w a t er d e p t h i n t h e

p an

d r o p s t o om u c h

R em ov ew a t er f r om

t h e

p anwh en t h ew a t e

r

d e p t h r i s e s t o om u c h

K N S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH

y d r ol o g y

M e a s ur i n gw a t e

r d e p t h on

d a y 1

M e a s ur i n gw a t er d e p t h on

d a y 2 ( af t er 2 4

h o ur s )

K N

S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r ol o g y

C l a s s E x er c i s e

C l a s s A ev a p or a t i on p an

W a t er d e p t h on d

a y 1 =1 5 0 mm

W a t er d e p t h on d

a y 2 =1 4 4 mm ( af t er 2 4

h o ur s )

R ai nf al l ( d ur i n g2

4 h o ur s ) = 0 mm

K p an= 0 .7 5

F or m ul a: E T

0 =k

p anE

p an

C al c ul a t i on: E

p an

=1 5 0 –1 4 4 = 6 mm d

-1

E T

0

= 0 .7 5 x 6 =4 . 5 mm d

-1




E p an=

S umE

p an

N

um b er of

d

a y s i nm on t h

= 6 . 5 mm d

-1

K p an= 0 .7 0

E T

0 =K

p anx E

p an

= 0 .7 0 x 6 . 5

=4 . 6 mm d

-1


E v a

p o t r an

s pi r om

e t er s

• M e a s ur eP E T

• C on s i s t of : c en t r al t a

nk s & 2 or m or ew a t er t i gh t s oi l t ank s

• S oi l t ank s : c onn e c t e

d t o c en t r al t ank ,v e g e t a t i v e c ov er , o p en

t o ai r a b ov e

• W a t er en t er onl y f r om a b ov e: n a t ur al @ ar t i f i c i al pr e c i pi t a t i on

• W a t er l e av e s oi l t ank s onl y f r om b o t t om pi p e s , t o

t h e c en t r al

t ank

A m o un t of w a t er en t

er i n g s oi l t ank s –A m o un t of w a t er

c ol l e c t e d i n c ol l e c t i n g c an s i n c en t r al t ank =w a t er l o s t i nE T

• I f s oi l m oi s t ur ei s m a

i n t ai n e d a t f i el d c a p a c i t y , d i f f

er en c ei s

P E T


L y s i m e t er s

• M e a s ur eA E T

• M or e d i f f i c u

l t t om e a s ur e t h anP E T

• A pr o p er l y c on s t r u c t e d l y s i m e t er m u

s t b e

r e pr e s en t a t i v e of t h e s ur r o un d i n g ar

e a

• I d e al c on d i t i on s ar er ar el y o b t ai n e d , p ar t i c ul ar l y

wh enA E T i s m ar k e d l y l e s s t h anP E T

• A l y s i m e t er

i s b ur i e d t o t h el ev el of n

a t ur al s oi l

• Di am e t er of l y s i m e t er s m a y v ar y f r om 0 . 6 t o 3 . 3

m an d d e p t h f r om1 . 8 t o 3 . 3 m

• A r r an g em e

n t s ar em a d e t ow ei gh t h

el y s i m e t er s

wh en ev er r

e a d i n gi s r e q ui r e d t o b e t ak en

• O u t f l owf r om t h el y s i m e t er i s m e a s u

r e d b y a

m e t er i n g d ev i c e



N o

n-w ei gh i n

gL

y s i m e t er s

P E T =R+A –P

P E T : p o t en t i al ev a p o t r an s pi r a t i on

R: r ai nf al l

A : a d d i t i on al w a t er

P : p er c ol a t e d w a t er


W ei gh i n

gl y s i m

e t er




K N

S 3 1 4 3 E n gi n e er i n gH y d r ol o g y

4 evaporation transpiration

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