Evaluación de métodos para el cálculo de la evapotranspiración de la caña de azúcar en condiciones de clima tropical (página 2)
Enviado por Arturo Luis Romero
Los datos de Holguín fueron reportados por Fonseca (1984), quien describe detalladamente las características del área experimental, propiedades físicas e hidrofísicas del suelo y otros aspectos de interés. Las variables climáticas utilizadas fueron: temperatura media del aire, en grados Celsius; precipitación, en mm; evaporación, en mm; velocidad del viento, en m/s; humedad relativa, en %, y horas de iluminación.
Los datos decenales y mensuales consistieron en la suma de los valores diarios para la evapotranspiración, la evaporación y la precipitación, y la media de los datos diarios de las decenas y los meses de los restantes parámetros.
Procesamiento.
La información experimental, fue sometida al procesamiento estadístico propuesto por Luis y Alonso (1980) y aplicado por García y Luis (1980), mejorado por González (1988) y empleado por Calvimontes (1988), Bueno (1988), Fernández y Catá (1988) y otros, incluyéndose algunos nuevos elementos que perfeccionan la metodología mencionada (Luis, 1990).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Fórmulas empíricas evaluadas y su comparación con los datos experimentales.
Las fórmulas empíricas evaluadas se muestran detalladamente por Luis (1990), precisando el autor que éstas se seleccionaron teniendo en consideración tanto la importancia de las mismas y su utilización a nivel mundial, como que los datos disponibles permitieran su evaluación; para esto, se utilizó el programa de computación elaborado por Luis y Jorge (1985). Los resultados de la evaluación de los métodos empíricos, fueron comparados con los obtenidos experimentalmente, tanto para la agrupación de datos decenales como mensuales, en cada uno de los experimentos analizados.
Los métodos propuestos por Malugin, Davidov, David, Ivanov, Meyer y Mokliak, subestiman los valores de evapotranspiración real entre el 41 y 65% durante todo el ciclo vegetativo del cultivo, especialmente, en los meses comprendidos desde marzo hasta noviembre, para las cepas plantadas en enero y cosechadas en abril, lo cual no coincide con lo reportado por Fernández et al. (1979) quienes al realizar una comparación entre diferentes métodos de cálculo reportan éstos como los que brindan resultados más satisfactorios.
A diferencia de lo anterior, es significativo como el método de Haude sobrevalora los resultados durante todo el ciclo vegetativo, sucediendo algo similar con los métodos del evaporímetro clase "A", Blaney ‑ Morin, y Penman simplificado; aunque en estos últimos, la sobreestimación no ocurre durante todo el ciclo como en el caso de Haude, sino en determinados períodos, tal como se observa en el método de Chaumian.
Con este último método, se obtienen valores superiores de evapotranspiración en los meses de enero, febrero y marzo, así como en los meses comprendidos desde octubre hasta la cosecha, los cuales varían entre el 7 y el 10%; sin embargo, en los meses de máxima evapotranspiración, entiéndase, mayo – agosto, brinda resultados inferiores a los experimentales a semejanza de los métodos de Penman, evaporímetro clase "A" y Blaney ‑ Morin, con valores que oscilan entre 25 y 35%.
En relación al evaporímetro clase "A", es destacable la sobrevaloración de los resultados en los períodos señalados, lo cual se ve incrementado, si se utilizan los datos de evaporación tomados directamente del evaporímetro ; esto, provoca un incremento de los valores al compararlos con los obtenidos al aplicar el método considerando la evaporación del 25% de probabilidad, o afectar la lectura directa del evaporímetro por un coeficiente de corrección, teniendo en cuenta el tipo de depósito. En igual sentido se manifiestan Hernández (1983), Ávila (1987), Palacios (1988) y otros investigadores. Sin embargo, este aspecto no ha sido rigurosamente tenido en consideración hasta el presente, al menos nacionalmente.
Lo expuesto, coincide plenamente con lo planteado por otros autores, entre los cuales pueden citarse a Fogliata (1973,1974), Hargreaves (1974), Luis y Alonso (1980), García y Luis (1980,1983), Hargreaves y Samani (1982) Hernández (1983), Luis (1982, 1984) Luis y Guzmán (1986), Ávila (1987), y otros, en diversos trabajos realizados sobre el tema para diferentes condiciones de suelo, clima y cultivo.
De los métodos evaluados la mejor tendencia se observa en los de Penman y Thornthwaite, para las cosechas de 1980, pues describen con gran similitud la variación de la evapotranspiración real, coincidiendo con lo planteado por González y López (1982), Sousa (1983) Castribnano et al. (1986), Sharma (1987), y otros; pero difiere de lo expresado por Minetti y Fogliata (1975), Linacer (1977), García y Luis (1980,1983), Omar y Mehanna (1984), Allen (1986), y Luis (1986).
Luis (1986), al evaluar 14 fórmulas de cálculo de evapotranspiración y comparar los resultados con los valores obtenidos en lisímetros para una caña planta y cuatro retoños, demuestra que ninguno de los métodos analizados describe la variación de la evapotranspiración potencial, reportando diferencias significativas y altamente significativas entre los valores experimentales y los obtenidos al evaluar los métodos empíricos, en total correspondencia con lo expresado por Fogliata (1973). Igualmente difiere el criterio expuesto por Fernández et al. (1979), quienes proponen como las mejores fórmulas las de Haude, Davidov modificada e Ivanov.
No obstante, se debe señalar que con el método de Penman se obtienen valores de evapotranspiración superiores a los experimentales en el período de enero a marzo y de agosto a la cosecha, e inferiores en los meses comprendidos entre abril e inicios de agosto. En los períodos restantes, los valores resultan inferiores a los experimentales lo cual provoca una compensación en los totales y, por tanto, una menor diferencia en relación a éstos; elemento importante a tener en consideración al emitir un criterio en relación a la posibilidad de utilización de cualesquiera de los métodos referidos.
En algunos casos, este método brinda valores inferiores a los experimentales desde febrero hasta mediados de agosto así como de inicios de diciembre a la cosecha. En el resto del período sucede lo contrario. Este, es un aspecto a tener en consideración pues aun cuando los resultados totales no sean sensiblemente diferentes, si pueden serlo los valores decenales y mensuales, lo cual puede resultar una ventaja al calcular volúmenes totales de agua en la etapa de planificación del riego, y una desventaja al planificar su distribución en el ciclo vegetativo del cultivo.
En las restantes plantaciones de enero, el comportamiento de estos dos métodos no se corresponde con lo expresado, pues en las cañas plantas de 1981, 1982 y 1984 se registraron diferencias porcentuales con el método de Penman, las cuales oscilaron entre 30 y 50% en el valor total y 39 a 55% para los valores medios decenales y mensuales, resultando significativas estadísticamente las sobrevaloraciones obtenidas al inicio y al final de ciclo vegetativo, siendo superiores al 52%.
El método de Thornthwaite, que presenta un comportamiento adecuado en el año 1980, brinda resultados totalmente contradictorios en las restantes fechas de plantación. Así, se obtienen diferencias entre 28 y 42% en los primeros cinco meses; entre 27 y 51% hasta los 10 meses y del 28 al 50% al compararlo con los valores totales, coincidiendo con lo expresado por Buther y Miranda (1984), Abdel ‑ Aziz (1986) y otros, pero discrepando de lo reportado por Losavio et al. (1982), González y López (1982) y Sharma (1987, 1988).
Al analizar el comportamiento de la caña plantada en abril y cosechada en diciembre, se apreció que los métodos de Mokliak, Meyer, David, Ivanov y Malugin, subestiman los valores de evapotranspiración durante todo el ciclo vegetativo, coincidiendo con las cepas plantadas en enero. Sin embargo, se incorporan a este grupo los métodos de Blaney – Criddle y Thornthwaite (1952).
En oposición a este resultado, William (1985), Castribnano (1986) y Saeed (1986), obtuvieron que el método de Blaney – Criddle sobrevalora los resultados en invierno, observándose pequeñas diferencias en los valores totales.
Los métodos que sobreestiman los datos de evapotranspiración durante todo el ciclo vegetativo son el evaporímetro clase "A" y Haude, coincidiendo con el resultado de las cañas plantadas en enero.
Sin embargo, el método de Davidov en sus distintas variantes que para la cepa y fecha de plantación mencionada, estaba considerado entre los que subestimaban la variable en estudio, se incluye ahora entre los que brindan valores superiores a la misma al igual que el método de Penman. Los métodos de Chaumian y Blaney ‑ Morin, brindan resultados superiores a los experimentales en algunos períodos e inferiores en otros; el primero, es el que mejor describe la tendencia de la evapotranspiración real para esta fecha de plantación.
El comportamiento de las cepas con fecha de plantación noviembre de 1981, octubre de 1986 y diciembre del propio año es, en general, similar al descrito, con una semejanza notable a los resultados obtenidos en las plantaciones de enero de 1980 y diciembre de 1986, destacándose en esta última las diferencias entre los valores decenales y mensuales de evapotranspiración al evaluar el método del evaporímetro clase "A", así como los métodos de Chaumian, Davidov, David, Ivanov, Meyer y Blaney ‑ Morin. Los restantes métodos mantienen la tendencia descrita para la plantación de enero de 1980.
Finalmente, debe destacarse como al evaluar el método de Haude en la plantación de octubre de 1986, no se obtienen las sobrestimaciones reportadas anteriormente al analizar las plantaciones de enero y abril, sino que esto se observó solamente en los primeros cuatro meses del ciclo vegetativo; a partir de esta fecha los resultados son inferiores a los experimentales.
El análisis efectuado evidenció que existen métodos cuyos resultados difieren notablemente de los experimentales durante todo el ciclo vegetativo del cultivo; mientras que por el contrario, otros brindan resultados satisfactorios en unos períodos y muy alejados de la realidad en los restantes, imponiéndose aplicar los criterios estadísticos adecuados que permitan aseverar si estas diferencias son o no significativas.
Se ratificó así, lo expresado por Minetti y Fogliata (1975), Stewart (1983) y otros, al concluir que ninguno de los métodos actuales puede generalizarse su utilización por cuanto responden positivamente para regiones específicas, evidenciando la necesidad de profundizar en el aspecto tratado.
Con la finalidad de precisar si las diferencias y semejanzas entre los valores de evapotranspiración real obtenidos experimentalmente y al evaluar los métodos empíricos, eran o no significativos desde el punto de vista estadístico, se realizaron las pruebas de hipótesis para muestras pareadas, con un nivel de significación del 5% de probabilidad, considerando como patrón los datos experimentales. El análisis se realizó para cada fecha de plantación, variedad y agrupación de datos mencionados.
Los resultados de las pruebas permitieron concluir que existen diferencias significativas entre los datos experimentales de evapotranspiración, tanto decenales como mensuales, y los calculados por todos los métodos analizados en las plantaciones de enero de 1982 y 1984, noviembre y abril de 1981, octubre y diciembre de 1986, no obteniéndose estas diferencias con los métodos de Thornthwaite y Penman en las plantaciones de enero de 1980 y 1981, así como Blaney ‑ Morin y Chaumian para la plantación de abril de 1980 y Blaney – Criddle para la de octubre de 1986.
El estudio efectuado demostró lo inadecuado de utilizar los métodos referidos, tal y como lo proponen sus autores, para calcular la evapotranspiración real decenal o mensual al establecer el régimen de riego, y la necesidad de analizar la posibilidad de modificarlos para adaptarlos a las condiciones particulares de las regiones en estudio, o proponer alguna nueva fórmula que responda a las particularidades de las mismas, coincidiendo con lo planteado en varios de los trabajos anteriormente referidos, y ratificado por Fogliata (1974), Alami (1981), Constantini y Onofrii (1982), Luis (1983), Djime y Tangara (1985) y otros.
Correlación entre la evapotranspiración experimental y la obtenida al evaluar los diferentes métodos.
Las conclusiones anteriores evidenciaron la necesidad de modificar los métodos evaluados, con la finalidad de que describan con mayor precisión la variación de la evapotranspiración de la caña de azúcar en las regiones estudiadas.
La técnica utilizada para lograr este objetivo fue la aplicación del análisis de correlación, que permite determinar la mejor relación funcional entre las variables considerando analíticamente el fenómeno estudiado (Draper y Smith, 1986), a través de los modelos evaluados.
En este sentido, los modelos matemáticos ajustados fueron: lineal, parabólico, cúbico, exponencial, potencial y logarítmico, los cuales responden a las ecuaciones matemáticas descritas por García y Luis (1983), donde, y, representó la evapotranspiración experimental para cada uno de los años analizados y, x, la obtenida a partir de la evaluación de cada uno de los métodos empíricos mencionados.
La información obtenida después del procesamiento efectuado para cada uno de los experimentos estudiados y modelos probados, permitió conocer los coeficientes de regresión del modelo, el coeficiente de correlación, el error estándar de estimación, el valor de F de Fisher para el análisis de significación del modelo y otros datos de interés. Además, hizo posible realizar un análisis muy riguroso del comportamiento de los residuos en sus distintas variantes para analizar la consistencia y homogeneidad de los modelos ajustados (Draper y Smith 1986).
Los mejores resultados se brindan resumidamente en las tablas 1 y 2, donde se muestran los coeficientes de correlación de aquellos modelos con los cuales se obtienen los ajustes más adecuados de cada método para cada fecha de plantación, sobre la base de un análisis integral de los parámetros estadísticos antes mencionados. Estos, no difieren significativamente entre las variedades analizadas, lo cual se corroboró por las pruebas de hipótesis efectuadas.
El análisis de las referidas tablas tanto para datos decenales como mensuales, permite concluir que métodos que se ajustan muy bien en un año y sería posible su modificación mediante alguno de los modelos considerados; en otros, el comportamiento es estrictamente diferente incluso para el mismo modelo.
Lo anterior, no posibilitó proponer una transformación de los métodos empíricos evaluados, que garantice obtener estimaciones más precisas de la evapotranspiración real para las condiciones estudiadas, al menos a partir de las expresiones ajustadas, coincidiendo así con lo planteado por Palaskar et al. (1987), al realizar la evaluación de diferentes métodos de cálculo de evapotranspiración y correlacionarlos con los datos experimentales, utilizando funciones diferentes a las anteriormente descritas.
Lo anterior, corroboró la necesidad de formular un nuevo modelo matemático mediante el cual sea posible calcular la evapotranspiración real de la caña de azúcar bajo las condiciones específicas de las distintas regiones estudiadas, que permita obtener resultados más precisos, pero que al mismo tiempo, resulte de fácil aplicación en la práctica productiva ajustado a las características del cultivo, suelo, clima, variedades, fecha de plantación y otros factores. Conclusiones similares fueron expuestas por el autor (Luis y Alonso, 1980; García y Luis, 1980, 1983) y en otros estudios realizados por Alami (1981), Constantini y Onofri (1982), Bruin (1983), Sternitzke y Elliot (1986), Phene et al. (1986), Caramori (1987) y otros, en diversos trabajos ejecutados a nivel mundial.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se demuestra la variación espacio-temporal de los resultados obtenidos al evaluar los diferentes métodos para el cálculo de la evapotranspiración, lo cual resulta un elemento importante a considerar al pretender generalizar el uso de los mismos.
Se observa un incremento en la precisión de los resultados obtenidos al evaluar los métodos para la agrupación de datos mensuales al compararla con los datos decenales.
No resulta recomendable emplear los métodos empíricos evaluados y comparados para estimar la evapotranspiración decenal del cultivo de la caña de azúcar en las regiones estudiadas.
Para cálculos preliminares o de valores totales a nivel de cuenca, provincia o empresa pueden ser utilizados los métodos de Penman y Thornthwaite.
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Cuadro 1. Datos experimentales
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Plantación Cosecha Tipo de Suelo Variedad Lugar
Mes Año Mes Año
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Enero 1980 Abril 1981 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado
Enero 1980 Abril 1981 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado C 87‑51
CP 5243
C 374‑72
My 5715
Abril 1980 Diciembre 1981 Ferralítico Jaronú 60‑5 Holguín
Rojo Compactado
Enero 1981 Abril 1982 Ferralítico C 87‑51 Pulido
Rojo Compactado
Abril 1981 Diciembre 1982 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado C 87‑51
Noviembre 1981 Marzo 1983 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado C 87‑51
Enero 1982 Abril 1983 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado C 87‑51
Enero 1984 Abril 1985 Ferralítico Jaronú 60‑5 Pulido
Rojo Compactado C 87‑51
CP 5243
C 374‑72
Octubre 1986 Febrero 1988 Gley Húmico C 266‑70 Guantánamo
Diciembre 1986 Marzo 1988 Gley Húmico C 266‑70 Guantánamo
Enero 1990 Marzo 1991 Gley Húmico C-8751 Guantánamo
C-266-70 Guantánamo
Abril 1993 Diciembre 1994 Gley Húmico C-8751 Guantánamo
C-266-70 Guantánamo
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Tabla 1. Resultados del análisis de correlación entre la evapotranspiración experimental y la obtenida por los diferentes métodos empíricos evaluados. Valores decenales.
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Fecha de plantación
Método Enero Abril Noviembre Octubre Diciembre
Empírico 1980 1980 1981 1982 1984 1980 1981 1981 1986 1986
Modelo / Coeficiente de correlación.
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Davidov-A 1/.85 3/.5 6/.7 2/.3 1/.61 3/.62 3/.47 1/.6 1/.75 1/.66
Davidov-B 1/.80 2/.45 4a/.66 2/.4 1/.46 3/.47 3/.52 1/.45 1/.65 1/.58
Davidov-C 1/.72 1/.6 4/.3 1/.35 2/.38 3/.46 3/.50 1/.62 1/.52 1/.46
Mokliak 3/.72 2/.5 3/.5 1/.52 6/.42 3/.47 3/.48 5/.32 1/.45 1/.38
Malugin 3/.79 3/.6 4/.52 1/.47 6/.35 3/.48 2/.36 6/.54 1/.40 1/.47
Ivanov – A 1/.32 1/.41 4a/.32 2/.36 5/.38 5/.34 1/.47 3/.68 1/.53 1/.38
Ivanov – B 1/.35 1/.37 6/.35 3/.40 2/.56 3/.48 3/.36 6/.40 1/.38 1/.40
Chaumian 1/.60 2/.40 4b/.62 1/.52 2/.51 3/.47 1/.36 1/.60 1/.42 1/.52
Haudle 1/.14 3/.60 4b/.65 3/.48 1/.37 3/.56 3/.34 2/.38 1/.35 1/.40
Meyer 1/.71 2/.43 4a/.65 1/.60 3/.49 3/.52 3/.41 1/.42 1/.37 1/.39
Evap. Ev. 1/.30 1/.35 1/.28 3/.32 2/.37 5/.83 3/.53 1/.60 1/.45 1/.42
Calse"A".Ev 25% 4a/.89 2/.40 1/.61 3/.60 3/.54 3/.74 3/.57 3/.42 1/.60 1/.56
Penman – A 1/.89 1/.56 1/.62 3/.42 2/.60 5/.76 3/.58 6/.37 1/.65 1/.60
Penman – B 1/.80 1/.50 1/.56 3/.61 2/.41 3/.73 3/.30 1/.60 1/.68 1/.62
Blaney – Criddle 6/.81 1/.50 4a/.72 2/.48 3/.40 3/.47 3/.58 1/.37 1/.36 1/.34
Blaney – Morin 1/.76 1/.25 4b/.74 2/.31 1/.66 3/.26 3/.56 1/.42 1/.30 1/.40
Thornthwaite 1/.78 1/.60 4b/.85 3/.56 1/.42 3/.63 3/.88 1/.54 1/.65 1/.68
David 6/.24 3/.26 4b/.50 1/.32 2/.37 3/.30 3/.30 1/.35 1/.32 1/.42
Nota:
1.- Lineal 4.- Exponencial (a,b,c)
2.- Parabólico 5.- Logarítmico
3.- Cúbico 6.- Potencial
Tabla 2. Resultados del análisis de correlación entre la evapotranspiración experimental y la obtenida por los diferentes métodos empíricos evaluados. Valores mensuales.
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Fecha de plantación
Método Enero Abril Noviembre Octubre Diciembre
Empírico 1980 1980 1981 1982 1984 1980 1981 1981 1986 1986 Modelo / Coeficiente de correlación.
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Davidov-A 3/.95 3/.7 3/.47 3/.72 1/.44 3/.62 1/.52 3/.43 1/.57 1/.61
Davidov-B 3/.81 3/.75 3/.45 3/.76 1/.57 3/.47 3/.40 1/.46 3/.45 1/.52
Davidov-C 3/.83 3/.72 3/.42 3/.74 2/.30 3/.46 1/.64 3/.37 3/.42 1/.60
Mokliak 3/.72 3/.70 3/.40 3/.56 3/.45 3/.47 1/.48 3/.36 1/.41 1/.42
Malugin 3/.79 3/.72 2/.37 3/.60 3/.28 3/.48 1/.35 3/.41 1/.40 1/.37
Ivanov – A 3/.86 3/.70 6/.40 3/.68 3/.57 3/.34 1/.32 3/.36 1/.35 1/.40
Ivanov – B 3/.80 3/.72 6/.38 3/.75 3/.26 3/.48 1/.50 3/.65 1/.56 3/.48
Chaumian 3/.74 3/.65 2/.51 3/.68 3/.62 3/.48 3/.37 3/.67 3/.66 3/.47
Haudle 3/.81 3/.67 3/.50 3/.66 3/.48 3/.57 2/.39 3/.80 3/.49 3/.60
Meyer 3/.81 3/.65 3/.52 3/.60 3/.41 3/.50 2/.48 3/.43 3/.56 1/.51
Evap. Ev. 5/.75 3/.70 3/.66 3/.70 5/.44 3/.83 3/.62 3/.61 3/.60 3/.62
Calse"A".Ev 25% 3/.72 5/.70 3/.58 3/.72 5/.47 3/.74 3/.55 3/.59 3/.62 3/.65
Penman – A 3/.89 3/.75 3/.62 3/.76 5/.60 5/.76 3/.48 3/.60 3/.70 3/.65
Penman – B 5/.74 3/.66 5/.67 3/.70 3/.52 3/.73 3/.61 3/.56 3/.58 3/.56
Blaney – Criddle 3/.51 3/.68 2/.61 3/.69 3/.58 3/.47 3/.62 3/.65 3/.60 3/.51
Blaney – Morin 3/.71 3/.64 1/.63 3/.66 3/.57 3/.26 2/.49 1/.54 1/.56 3/.48
Thornthwaite 3/.87 3/.72 2/.58 3/.75 3/.61 3/.63 3/.66 1/.48 3/.65 3/.60
David 3/.79 3/.46 1/.52 3/.50 5/.42 3/.48 3/.47 3/.46 3/.40 1/.40
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Nota:
1.- Lineal 4.- Exponencial (a,b,c)
2.- Parabólico 5.- Logarítmico
3.- Cúbico 6.- Potencial
Autor:
Arturo Luis Romero
Ingeniero Civil. Ingeniero Hidráulico. Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular. Investigador Titular. Máster en Cálculo Estructural de Obras de Ingeniería. Diplomado en Dirección de Empresas, Marketing y Negociaciones. Máster en Dirección Integrada de Proyectos. Diplomado en Estrategias de Negocios y Comunicación. Diplomado en Gestión de Riesgos, Gestión de la Calidad y Ambiental. UCT Escambray, La Habana. E- mail: ; ;
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