تبخیر و تعرق )نحوه پایش و روش های تجربی محاسبه تبخیر از سطح آزاد آب و تبخیر و تعرق پتانسیل(

۱. نحوه پایش و اندازه‌گیری میدانی

الف) پایش تبخیر از سطح آزاد آب:

• تشتک تبخیر (Evaporation Pan): استانداردترین وسیله، تشتک تبخیر «کلاس A» است. این تشتک استوانه‌ای پر از آب است که افت سطح آب در آن روزانه اندازه‌گیری می‌شود. از آنجا که تشتک فلزی بیشتر از یک دریاچه واقعی گرم می‌شود، تبخیر واقعی دریاچه ($E$) از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$E = K_p \times E_{pan}$$

که در آن $E_{pan}$ تبخیر اندازه‌گیری شده از تشتک و $K_p$ «ضریب تشتک» است (معمولاً حدود $0.7$ در نظر گرفته می‌شود).

ب) پایش تبخیر و تعرق ($ET$):

• لایسیمتر (Lysimeter): دقیق‌ترین دستگاه برای اندازه‌گیری تبخیر و تعرق است. لایسیمتر مخزن بزرگی پر از خاک و گیاه است که در داخل زمین قرار می‌گیرد. با اندازه‌گیری دقیق آب ورودی (بارش/آبیاری)، آب خروجی (زهکشی) و تغییرات وزن مخزن (تغییرات رطوبت خاک)، مقدار $ET$ با استفاده از معادله بیلان آب محاسبه می‌شود.

۲. روش‌های تجربی محاسبه تبخیر از سطح آزاد آب

برای محاسبه تبخیر از سطح دریاچه‌ها و مخازن سدها (زمانی که آمار اندازه‌گیری شده در دسترس نیست)، از فرمول‌های تجربیِ مبتنی بر پارامترهای هواشناسی (انتقال جرم/آئرودینامیک) استفاده می‌شود.

• فرمول مایر (Meyer’s Equation): یکی از معروف‌ترین روابط تجربی است که بر اساس تفاوت فشار بخار و سرعت باد بنا شده است:

$$E = C (e_w - e_a) \left(1 + \frac{u}{16}\right)$$

در این رابطه:

• $E$: تبخیر (میلی‌متر در روز)
• $e_w$: فشار بخار اشباع در دمای آب
• $e_a$: فشار بخار واقعی هوا
• $u$: سرعت باد (کیلومتر در ساعت)
• $C$: ضریب تجربی (بسته به عمق آب)

۳. تبخیر و تعرق پتانسیل (Potential Evapotranspiration - $PET$)

تعریف: $PET$ مقدار حداکثر تبخیر و تعرقی است که اگر رطوبت کافی در خاک برای گیاه فراهم باشد، تحت شرایط جوی موجود رخ می‌دهد. برای محاسبه $PET$ روش‌های تجربی متعددی وجود دارد:

• روش تورنت‌وایت (Thornthwaite): این روش بسیار ساده است و تنها به داده‌های میانگین دمای ماهانه ($T$) و عرض جغرافیایی (برای محاسبه ساعات روشنایی) نیاز دارد. به دلیل سادگی، در مناطقی که آمار هواشناسی ناقص است کاربرد دارد، اما در مناطق خشک معمولاً خطا دارد.
• روش بلانی-کریدل (Blaney-Criddle): این روش برای مصارف کشاورزی بسیار رایج است و بر اساس دمای هوا و درصد ساعات روشنایی روزانه در طول ماه ($p$) محاسبه می‌شود. رابطه پایه آن به صورت $f = p(0.46 T + 8.13)$ است که با ضرایب گیاهی اصلاح می‌شود.
• روش پنمن-مانتیث (Penman-Monteith): استانداردترین و دقیق‌ترین روش که توسط سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) توصیه شده است. این روش ترکیبی از «بیلان انرژی» (تابش خورشیدی) و «انتقال جرم» (سرعت باد و رطوبت) است و به داده‌های کامل هواشناسی (دما، رطوبت، باد و تابش) نیاز دارد. فرمول آن پیچیده‌تر است اما نتایج بسیار قابل اعتمادی برای طراحی سیستم‌های آبیاری و مطالعات هیدرولوژی ارائه می‌دهد.