Cátedra Climatología y Fenología Agrícolas

BALANCE HIDROLÓGICO CLIMÁTICO MÉTODO DE THORNTHWAITE DE 1955

BALANCE HIDROLÓGICO CLIMÁTICO A partir de las precipitaciones medias mensuales y de la evapotranspiración potencial media mensual, podemos calcular el balance hidrológico climático humedad del suelo El balance hídrico es un modelo de estimación del almacenaje de agua en la zona de exploración radicular de los cultivos.

También permite conocer las deficiencias y excesos de agua, se aplica en las clasificaciones climáticas, para definir la hidrología de una zona y para la planificación hidráulica. En el balance de agua de 1948 Thornthwaite considera que todos los suelos hasta 1 metro de profundidad, tienen la capacidad de almacenar, como máximo, 100 mm de agua útil.

Este tipo de balance fue desarrollado para conocer las disponibilidades hídricas de un lugar o área, pero al incorporar ciertas correcciones o ajustes al modelo (1955), también resulta útil en estudios agroclimáticos.

En el balance del año 1955, Thornthwaite no considera a todos los suelos iguales ni toma como exclusiva la profundidad de 1 metro, sino que considera:

Tipo de suelo  Profundidad radicular Para determinar la capacidad de almacenaje de agua de los suelos, en el método de 1955, se utiliza la fórmula de capacidad máxima de retención de agua del suelo (CMR).

CMR (mm) = DA (gr/cm³)xHE (cm³/gr)x h (cm)x0.1(mm/cm)

DA: Densidad aparente HE: humedad equivalente h: altura de cada horizonte

0.1: factor de conversión La CMR alcanza diferentes niveles según el valor de cada uno de los parámetros arriba citados

Densidad aparente: es la relación entre el peso de suelo seco y el volumen total del suelo incluido los poros. DA = P S S Vt Humedad equivalente: es la máxima cantidad de agua retenida por el suelo después de drenar el agua gravitante cuando el suelo se somete a una fuerza centrífuga de 1000 veces el valor de la aceleración de la gravedad durante 30 minutos.

Coeficiente de marchitez: máxima cantidad de agua que hay en el suelo cuando las plantas que están en él se marchitan en forma permanente. La energía de retención del agua presente en el suelo es tan alta que los vegetales no pueden absorberla y se marchitan. Esta marchitez no desaparece aún cuando la planta permanezca en un ambiente saturado de humedad. El agua está retenida a una presión de 15 atm.

Curva de Retención de Agua de Suelo Retención de agua (atm)

15

0,3 Agua Higroscópica

Agua Gravitacional

CM

HEq Contenido de Hº de Agua útil

Suelo (%)

Retención de agua (atm)

15

0,3

Del cálculo de la fórmula pueden resultar valores desde 25 mm hasta 400 mm. Los valores bajos serán para suelos arenosos o poco profundos y cultivos de desarrollo radicular superficial, y los valores más altos para suelos más profundos y cultivos con un gran desarrollo radicular.

Cultivos raíces someras Prof. CMR Rad. (m) Arenoso fina

Franco arenoso Franco limoso Franco arcilloso Arcilloso

Cultivos raíces Árboles profundas frutales Prof. Prof. CMR CMR Rad. (m) Rad. (m)

0,5

50

1,0

100

1,50

150

0,5

75

1,0

150

1,67

250

0,6

125

1,0

250

1,50

300

0,4

100

1,0

250

1,0

250

0,25

75

0,75

200

0,67

200

Fuente: Fernández García, Climatología Aplicada

Para facilitar el cálculo del Balance Hidrológico según el modelo 1955, Thornthwaite desarrolló una serie de tablas que van desde 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350 y 400 mm. Se elige la tabla apropiada en base a la máxima capacidad de retención de agua calculada para el suelo considerado.

En Argentina se usa la tabla correspondiente a los 300 mm de retención por carácter comparativo en escala geográfica.

Cálculo del Balance Hidrológico Climático

Método Thornthwaite de 1955 Se copian de estadísticas climatológicas los valores de Precipitación media mensual y Evapotranspiración potencial media mensual. Se hace la diferencia P-EP, y se realiza la acumulación de los valores (+) y los (-). Si la ∑ de los valores (+) es mayor que la de (-) estamos en presencia de una zona húmeda, de lo contrario estamos en una zona seca.

Zona húmeda: 1.- Esta característica se presenta cuando la ∑ de los valores (+) es mayor que la de (-).

2.- En la fila correspondiente a la sumatoria de valores negativos en el rubro ∑ - (P-EP) se realiza la acumulación de dicho valores.

3.- El modelo supone que al final del período húmedo, el suelo de la localidad en estudio se encuentra en su capacidad máxima de retención (CMR). A los fines prácticos se coloca el valor (300) en el último mes del período húmedo y se comienza el almacenaje. Usando la tabla de CMR de 300 mm se busca para cada valor negativo su correspondiente al AA que está en el cuerpo de la tabla. Para los meses siguientes se calcula el AA con la misma fórmula que se usó en el método de 1948: AAmc = (AAma+ Pmc) - EPmc

4.- Al igual que en el modelo del 1948 la variación de almacenaje de agua se obtiene con la fórmula:

VAA = AAmc – AAma 5.- El exceso de agua se obtiene haciendo la diferencia entre los valores positivos de P – EP y VAA o bien es todo lo que supere los 300 mm.

6.- La deficiencia de agua se obtiene realizando la diferencia entre los valores negativos de P – EP y VAA, o bien con la diferencia EP – ER. 7.ER :

Si P >EP ; ER = EP

Si P < EP; ER = P + VAA (sin considerar el signo)

Zona seca: 1.- Esta característica se presenta cuando la ∑ de los valores (-) es mayor que la de (+).

2.- A pesar de que en las zonas secas puede haber un período húmedo, el suelo no llega a la capacidad máxima de retención, por lo que tenemos en el último mes húmedo una deficiencia potencial de agua.

3.- Al valor de la deficiencia potencial encontrado se lo coloca en el último mes húmedo, en el rubro ∑ - (P-EP). 4.- Para el AA, se buscan todos los valores negativos de ∑ - (P-EP) en la tabla de 300 mm y para los valores positivos se calcula como en el balance del ’48: AAmc = (AAma+ Pmc) - EPmc

5.- La variación de almacenaje de agua se obtiene con la fórmula: VAA = AAmc – AAma 6.- El exceso de agua se obtiene haciendo la diferencia entre los valores positivos de P – EP y VAA o bien es todo lo que supere los 300 mm

7.- La deficiencia de agua se obtiene realizando la diferencia entre los valores negativos de P – EP y VAA, o bien con la diferencia EP – ER

8.ER :

Si P >EP ; ER = EP Si P < EP; ER = P + VAA

ZONA HÚMEDA E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

A

EP

145

114

101

66

42

23

25

35

57

84

115

136

943

Precip

230

241

218

180

76

41

19

11

26

80

170

214

1506

P - EP

85

127

117

114

34

18

-6

-24

-31

-4

55

78

+628 -65

-6

-30

-61

-65

∑- P-EP 300

300

300

300

300

(300)

294

271

244

241

296

300

VAA

0

0

0

0

0

0

-6

-23

-27

-3

55

4

+59 -59

Exc.

85

127

117

114

34

18

0

0

0

0

0

74

569

Defic.

0

0

0

0

0

0

0

1

4

1

0

0

6

145

114

101

66

42

23

25

34

53

83

115

136

937

AA

ER

Los valores en azul se obtienen de tabla

GRÁFICO BALANCE HIDROLÓGICO 300 EP, P, ER (mm)

250 200 150 100 50 0

J J A A S S O O N N D D E E F F MM A A M M J J J J Meses EP

\\\\: RH;

IIII: Exc;

////: HSU; ::::: Def.

P

ER

ZONA SECA E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

A

EP½m

152

119

97

72

45

24

22

35

63

80

121

142

972

P ½m

162

147

138

47

13

2

6

4

8

55

85

109

776

P - EP

10

28

41

-25

-32

-22

-16

-31

-55

-25

-36

-33

-275 +79

- 246

-271

-303

-325

-341

-372

-427

-452

-488

-521

∑- P-EP

AA

62

90

131

121

108

101

95

86

71

66

58

52

VAA

10

28

41

-10

-13

-7

-6

-9

-15

-5

-8

-6

+79 -79

Exc.

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Defic.

0

0

0

15

19

15

10

22

40

20

28

27

196

152

119

97

57

26

9

12

13

23

60

93

115

776

ER

El valor en rojo se obtiene en tabla auxiliar, los azules de tabla de 300 mm.

TABLA AUXILIAR ∑ - 275/2= 137

∑ + 79

-137 + ( -275)= - 412

75 + (79) = 154

-198 + (-275) = - 473

61 + (79) = 140

-226 + (-275) = - 501

56 + (79) = 135

-237 + (-275) = - 512

54 + (79) = 133

-241 + (-275) = - 516

53 + (79) = 132

-243 + (-275) = - 518

52 + (79) = 131

-246 + (-275) = - 521

52 + (79) = 131

-246 + (-275)

\\\\: RH;

////: HSU;

DEF.

Balance hidrológico mensual climático de tipo Thornthwaite para Rosario (Argentina) Caso con un período seco y uno húmedo, con sumatoria P-ETP positivos mayores que los P-ETP negativos, resultando un balance con solamente una muy débil deficiencia de agua en verano.

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Bibliografía 

Guía de trabajos prácticos. Cátedra Climatología y Fenología Agrícolas. Facultad de Agronomía y Zootecnia. UNT.

 Murphy, G. M. y Hurtado, R. H. 2011. Agrometeorología. Facultad de Agronomía. UBA. 424 p. Pascale, A.J. y Damario, E.A. 2004. Bioclimatología agrícola y agroclimatología. Facultad de Agronomía. UBA. 550 p. Torres Bruchmann, E. 1975. El balance hidrológico: su determinación y aplicaciones. Serie didáctica N° 39. Facultad de Agronomía y Zootecnia. UNT. 35 p.