ne siano valide per il versante tirrenico dell'Italia Centrale. ... coefficiente di correzione per la stima dell'evaporazione da superfici liquide, a partire da dati ...
Estratti
GEOLOGICA ROMANA VOL. XXX UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA "LA SAPIENZA" 1994
NUOVA SERIE
WALTER DRAGONI, DANIELA VALIGI Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi, Perugia
CONTRmUTO ALLA STIMA DELL'EVAPORAZIONE DALLE SUPERFICI LIQUIDE NELL'ITALIA CENTRALE
Vengono proposte alcune formule per il calcolo dell'evaporazione da evaporimetro di Classe A, che si ritiene siano valide per il versante tirrenico dell'Italia Centrale. Nella stessa zona il lavoro svolto suggerisce che il coefficiente di correzione per la stima dell'evaporazione da superfici liquide, a partire da dati evaporimetrici, sia superiore a quello di 0,6 - 0,8 normalmente proposto in letteratura.
PAROLE CHIAVE:
KEy
WORDS:
Evaporazione, bilancio, idrogeologia, idrologia.
Evaporation, water budget, hydrogeology, hydrology.
Introduzione La stima dell'evaporazione da superfici liquide e\ dell'evapotraspirazione reale è uno degli elementi essenziali per la definizione del bilancio idrogeologico e delle risorse idriche. La difficoltà e l'importanza del calcolo di tali grandezze è dimostrata dalle cento e più formule disponibili in letteratura, di cui almeno una ventina proposte negli ultimi cinquant'anni e tuttora in uso (cfr. per es. i metodi riportati in Tonini, 1959 e in Celico, 1988). Questo lavoro analizza, a scala mensile, un insieme di dati evaporimetrici misurati nell'Italia Centrale, sul versante tirrenico, nella zona compresa all'incirca fra la latitudine di 41 0 50' N e 43 0 00' N. Le stazioni evaporimetriche considerate sono quelle di Papiano (nei pressi di Perugia, periodo: gennaio 1978 - aprile 1992), Viterbo (periodo: 1989-1991), Roma (periodo 1968-1981). Per la stazione di Roma i dati utilizzati sono quelli pubblicati a cura di Tombesi et alii (1968-1981). Per Viterbo e Papiano sono stati utilizzati dati non pubblicati raccolti dall'Istituto di Agronomia Generale e Colture Erbacee dell'Università di Perugia, e dall'Istituto di Agrotecnica dell'Università della Tuscia. Dalle informazioni raccolte e dai sopralluoghi effettuati risulta che le stazioni evaporimetriche prese in considerazione sono state messe in opera secondo le prescrizioni dell' U.S. Weather Bureau. I dati sono stati misurati in evaporimetri della Classe A che, come è noto, sono vasche metalliche di forma circolare, con diametro di 122 cm e profondità di 25,4 cm. Essi sono sistemati su una piattaforma di legno in modo
da essere ad una distanza dal suolo di lO cm e vengono riempiti con 20 cm di acqua. I dati mensili disponibili sono stati usati per ricavare delle formule empiriche che forniscano stime di evaporazione da evaporimetri dello stesso tipo. In base al metodo dei minimi quadrati le stime dell'evaporazione ricavate con le formule qui proposte risultano, a parità di numero di grandezze note richieste, migliori di quelle ottenibili con le formule comunemente usate. Si ritiene pertanto che, almeno per zone limitrofe a quelle che hanno fornito i dati, le formule proposte possano essere di qualche utilità per lo studio dei fenomeni idrologici ed idrogeologici.
Lavoro eseguito in parte con fondi M.U.R.S.T. 60010 ed in parte con fondi C.LP.L.A.
GEOLOGICA ROMANA, 30: 151-158, 5jig, 4 tob, Romo (1994).
Formule ricavate Su base mensile quattro formule empiriche che forniscono con buona approssimazione l'evaporazione da evaporimetro di Classe A hanno la seguente struttura: En En En
=
b x (im)al x (tn)a2
(1)
b x (im)al x (tn)a2 x (Rn)a3
(2)
b x (im)al x (tn)a2 x (1 - Un/l00)a3
(3)
E n = b x (im)al x (tn)a2 x (1 - U/l00)a3 x (Rn)a4
(4)
Nelle formule i simboli hanno il seguente significato: E n = evaporazione (mm/mese); n = indice relativo al mese; b, al' a2' a 3, a4 = coefficienti; m = indice relativo al mese, da 1 a 12; im = indice di insolazione mensile di Thornthwaite;
152
W. DRAGONI, D. VALlGI
t n = temperatura media mensile (0C); R n= radiazione globale media mensile (cal x cm-2 x giorno-l); Un = umidità relativa percentuale media mensile. I coefficienti b, al' a 2, a 3 , a4 sono stati calcolati per le stazioni considerate sia singolarmente che assieme: in tutti i casi le formule (I), (2), (3), (4) dànno risultati migliori (secondo il criterio dei minimi quadrati) delle più comuni formule in uso (Romita, 1953; Tonini, 1959; Crivellari, 1982; Celico, 1988; AA.VV., 1990). Le formule (1), (2), (3), (4) sembrano quindi avere anche validità regionale. La Tab. 1 riassume il valore dei coefficienti b, al' a2' a 3, a 4 per le stazioni considerate. La differenza tra l'evaporazione media annua misurata e quella calcolata con le equazioni sopra riportate è sempre inferiore al 2%. Nella Tab. 1 mancano i parametri della equazione (2) e (4) di Papiano: i dati d'irraggiamento globale rilevati in questa stazione sembrano essere più alti di quello che ci si aspetterebbe dal confrontoèon le altre stazioni e si è preferito non considerarli. Va anche detto che, nel complesso, i risultati ottenuti per questa stazione sono notevolmente meno soddisfacenti di quelli ottenuti per le altre stazioni. Per questi motivi, in attesa di ulteriori verifiche e di studiare il microclima locale, i dati relativi a Papiano vanno considerati come indicativi. La Tab. 2, a titolo d'esempio, mette a confronto i risultati forniti dalle formule (I), (2), (3), (4) con quelli ricavati da alcune delle altre formule comune-
Stazione
a3
b
0,664
8,347 0,204 12,654 0,413
0,075
19,491 1,767 48,416 31,975
al
a2
a3
(l) (2) (3) (4)
2,506 0,648 2,166 0,727
0,777 0,572 0,785 0,604
0,767 0,283 0,142
(l) (2) (3) (4)
2,698 1,544 2,044 1,889
0,516 0,446 0,594 0,580
0,473 1,149 1,103
(l) (2) (3) (4)
3,218
0,475
2,579
0,457
0,422
40,056
3,063 1,294 2,528 l,11O
0,486 0,388 0,529 0,537
0,641 0,327 0,287
19,007 0,689 27,151 l,46O
Roma equazione equazione equazione equazione
Equazione e dati richiesti Kohler l (t, ev' V) D.S.N. W.S. Penman2 (t, ev' V, R)
Roma
Viterbo
Papiano
Complessiva
48,99 V non R non disponibile disponibile disponibile
10,02
R non V non disponibile disponibile
Penman3 (t, ev' V)
53,67
V non disponibile
30,09
equazione (1) (t)
11,94
14,80
20,17
18,01
equazione (2) (t, R)
9,36
15,93
R non disponibile
13,98
equazione (3) (t, D)
10,86
9,25
19,74
13,94
equazione (4) (t, D, R)
8,54
9,12
R non disponibile
10,10
I
Linsley et aUi, 1982.
2 Linsley et aUi, 1982: metodo modificato per calcolo evaporazione da evaporimetro. 3
Constantinidis, 1981.
TAB. 2 - Errore standard in mm/mese nelle simulazioni dell' evaporazione mensile da evaporimetro Classe A con vari metodi. t == temperatura (0C); V == velocità del vento (m/s); D == umidità relativa (070); ev == tensione effettiva di vapore nell'atmosfera (mbar); R == radiazione globale (Langley). - Standard error in mm/month for monthly evaporation simulations with Class A evaporimeter with different methods. t == temperature (0C); V == wind velocity (m/s); D = relative humidity (%); ev = effective vapor tension in the atmosphere (mbar); R == total radiation (Langley).
Viterbo equazione equazione equazione equazione
Papiano equazione equazione equazione equazione
20,133
Complessiva equazione equazione equazione equazione TAB.l -
(l) (2) (3) (4)
0,510
Coefficienti delle equazioni (l), (2), (3), (4).
- Coefficients of equations (l), (2), (3), (4).
mente usate. Le Fig. 1, 2, 3, 4, 5 mostrano graficamente alcuni dei risultati ottenuti. Vale la pena osservare (Fig. 2 F) che il metodo dell'U.S.N.W.S., che si basa su quattro grandezze meteorologiche (Tab. 2), fornisce dei buoni risultati senza bisogno di nessuna calibrazione locale. É da rimarcare che il metodo dell'U.S.N.W.S., basato sull'equazione di Penman, dà ottimi risultati su base mensile nonostante originariamente sia stato messo a punto per la stima dell'evaporazione giornaliera. In questo lavoro il metodo è stato modificato per consentire il calcolo dell' evaporazione mensile: di ogni parametro è stato usato il valore medio mensile (con unità di misura di tempo pari ad 1 giorno), ed i risultati sono stati moltiplicati per il numero dei giorni del mese considerato.
153
II CONVEGNO NAZIONALE DEI GIOVANI RICERCATORI DI GEOLOGIA APPLICATA
~ (il al
E ...... E
§
.... (.J
FIG. 1 - Evaporazione misurata (Em) e calcolata (Ec) alla Stazione di Roma (161 dati). A) Ec calcolata con l'equazione l; B) eq. 2; C) eq. 3; D) eq.4. - Measured (Em) and calculated evaporation (Ec) at the Rome Station (161 data). A) calculated using equation l; B) eq. 2; C) eq. 3; D) eq. 4.
O-l'o-_--i-............-.+~i--+-..;.....-+- ............_4 o 50 100 150 200 250 Em (mm/mese)
50
(il
al
E ...... E
E ......
E
§
§
....
....
(.)
(.)
50
100
150
200
250
50
Em (mm/mese)
Em = b Ea = CI
Dati misurati e formula di Visentini
La classica formula di Visentini proposta negli anni '30, e successivamente modificata da Romita (Visentini, 1937; Romita, 1953), è ancora molto usata per stimare l'evaporazione media mensile e media annua dai laghi in Italia (Tonini, 1959; Ciabatti, 1982; Crivellari, 1982; Celico, 1988; AA.VV., 1990). È quindi sembrato interessante confrontare i risultati forniti da questa formula con i dati evaporimetrici a disposizione. Come noto, la formula di Visentini è disponibile in varie versioni; quelle più semplici e diffuse sono le seguenti:
100
150
200
250
Em (mm/mese)
X
(t m)I.5
X ta
+
(5) (6)
C2
I simboli valgono: b, ci' C2 = coefficienti empirici (Tab. 3); m = indice relativo al mese, da 1 a 12; E m = evaporazione media mensile (mm); t m = temperatura media mensile (0C); t a = temperatura media annua (0C); E a = evaporazione media annua (mm). Visentini propose le sue formule basandosi su circa un anno e mezzo di misure eseguite su due evaporimetri, uno galleggiante ed uno a terra. Gli evaporimetri, del tipo Bindemann, erano messi in opera sul lago
...... al
...... al
(il
(il
al
al
E ...... E
E ...... E
- Measured (Em) and calculated evaporation (Ec) at the Rome Station (161 data). E) Ec calculated using the Kohler equation; F) using the U.S.N.W.S. method (in Linsley et a/ii, 1982).
250
...... al
~ (il al
FIG. 2 - Evaporazione misurata (Em) e calcolata (Ec) alla Stazione di Roma (161 dati). E) Ec calcolata con l'equazione di Kohler; F) con il metodo U.S.N.W.S. (in Linsley et a/ii, 1982).
100 150 200 Em (mm/mese)
§
§
....
.... (.)
(.)
50
50
100 150 200 Em (mm/mese)
250
50
100 150 200 Em (mm/mese)
250
154
W. DRAGONI, D. VALIGI
Ba Visentini
Ea (misurata
1733
1060
1540
1060
1163
1060
2,25 X(tm)!,S
1292
1084
m=12 2,00 X(tm)1,5 E = a m=l
1148
1084
Ea =90xta
1122
1084
m=12 2,25 X(tm)I,5 E = a m=l
1396
1104
1241
1104
1167
1104
Slazione
formula
