پروژه مقاله تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری تحت pdf

توضیحات

  مقاله تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری تحت pdf دارای 47 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری تحت pdf  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری تحت pdf،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری تحت pdf :

تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری

سیستم آب – خاك – گیاه – اتمسفر
رابطه بین آب و خاك و گیاه و اتمسفر را می‌توان به این صورت توصیف كرد كه گیاه برای زنده ماندن نیاز به آب دارد و آب به صورت ذخیره در خاك موجود است. اتمسفر انرژی لازم برای گیاه را تأمین می‌كند تا بتواند آب مورد نیاز خود را از خاك دریافت كند. این فرایندهای به ظاهر ساده در یك سیستم بسیار پیچیده و مرتبط صورت می‌گیرد كه به آن زنجیره آب – خاك – گیاه – اتمسفر گفته می‌شود. هر یك از عناصر این زنجیره متأثر از اجزاء دیگر بوده و بر سایر عناصر نیز اثر می‌گذارد. بطوری كه هیچ فرایندی از آن را نمی توان به صورت ساده و مستقل در نظر گرفت و اگر عملا گاهی اوقات از فرایندهای جداگانه ای مانند تعرق، جذب، تبخیر و یا امثال آن بحث می‌شود فقط از نظر ساده كردن موضوع و تبیین آن می‌باشد.

گیاه در مناطق خشك و نیمه خشك كه مسأله كمبود آب یكی از معضلات كشاورزی می‌باشد تعرق اساسی ترین فرایندی است كه در زنجیره آب – خاك – گیاه – اتمسفر صورت می‌گیرد. حدود 90درصد اجزاء فعال گیاه از آب تشكیل شده و بیش از 99درصد مصرفی گیاه مصرف تعرق و تبخیر می‌شود. تعرق فرایندی است كه طی آن آب از طریق روزنه های گیاه

تبدیل به بخار شده و از آن خارج می‌شود. تعرق زمانی انجام می‌شود كه فشار بخار آب در داخل گیاه بیشتر از فشار بخار آب در هوای مجاور بوده و روزنه ها نیز باز باشند تا دی اكسیدكربن بتواند برای انجام فتوسنتز وارد گیاه شود. بنابراین هر زمان كه روزنه ها باز باشند ولو این كه در داخل خود برگ و یا در حد فاصل برگ و هوای مجاور مقاومت هایی صورت بگیرد، عمل تعرق انجام می‌پذیرد. مگر این كه مقدار این مقاومت ها بسیار زیاد باشد.

اگر فشار بخار آب در داخل برگ را با علامت eleaf، فشار بخار آب در هوای مجاور برگ را با eair، مقاومت در برابر حركت بخار آب در داخل روزنه ها را با rair نشان دهیم در این صورت سرعت یا میثزان تعرق (T) برابر خواهد بود با:

مقاومت هوا در برابر خروج بخار آب عمدتا بستگی به حركت هوا در لایه مجاور برگ داشته و اگر هوای مجاور برگ ساكن باشد این مقاومت به دلیل اشباع شدن سریع از بخار آب زیاد شده و تعرق یكباره كاهش می‌یابد. به همین دلیل یكی از سازگاری های گیاه با كم آبی كرك دار شدن سطح برگهاست تا بدین وسیله هوا در بین كركها محبوس و ساكن شود اما هنگامی كه هوا به سادگی در حد فاصل برگ و هوا جریان داشته باشد تعرق نیز جریان پیدا می‌كند. اما مقاومت روزنه ها (rleaf) در برابر جریان بخار آب یك خصوصیت فیزیولوژیكی است كه توسط خود گیاه كنترل می‌شود. مثلا برخی از گیاهان بر سلولهای روزنه كنترل داشته و در مواقع لزوم آن را باز و بسته می‌كنند.

همزمان با خروج آب از برگها، گیاه آب را از طریق ریشه ها جذب می‌كند تا آبی كه در اثر تعرق از دست رفته است جبران شود. برای این منظور آب در داخل خاك به سمت ریشه ها حركت نموده و پس از وارد شدن به داخل گیاه از طریق آوندها به برگها می‌رسد. حركت آب از خاك به داخل ریشه و سپس از ریشه به برگ در اثر اختلاف پتانسیل بین خاك و برگ است. میزان جریان آب طی این فرایند عبارت است از:
كه در آن

Q = سرعت جریان آب از خاك بطرف برگها
= پتانسیل كل آب در داخل برگ كه مجموع پتانسیل آماس (فشاری) سلولهای برگ ( ) و پتانسیل اسمزی ( ) در برگ است.
= پتانسیل كل آب در خاك، شامل ماتریك و اسمزی
rplant = مقاومت در برابر جریان آب در داخل گیاه مشتمل بر مقاومت در داخل ریشه ها، مقاومت درداخل آوندها و مقاومت در برگها.
rsoil = مقاومت در برابر جریان آب در داخل خاك.

با خارج شدن آب از خاك، رطوبت كاهش یافته و پتانسیل كل آن ( ) كاهش پیدا می‌كند. در این وضعیت ضریب هدایت موئینگی خاك با درصد رطوبت رابطه مستقیم دارد كاهش یافته و در نتیجه مقاومت خاك (rsoil) افزایش پیدا می‌كند. كاهش و افزایش rsoil باعث می‌شود كه آب كمتری داخل گیاه شده و با كم شدن آماس سلولها، پتانسیل آب برگ ( ) نیز كاهش یابد. با كم شدن سرانجام روزنه ها بسته شده و مقاومت در برابر خروج آب در برگ (rleaf) افزایش و نهایتا براساس معادله 8-1 سرعت تعرق كاهش پیدا می‌كند. چون گازكربنیك نیز از همان مسیر وارد گیاه می‌شود این عمل باعث كاهش ورود آن نیز شده و مقدار فتوسنتز كه در.اقع كمیت و كیفیت محصول است تقلیل پیدا می‌كند.

خاك در زنجیره « آب – خاك – گیاه – اتمسفر » خاك را می‌توان مخزنی دانست كه آب را موقتا در خود ذخیره كرده و سپس به تدریج در اختیار گیاه قرار می‌دهد. نیروهای موئینه ای و جاذبه خاك كه به نام نیروهای ماتریك (matric) معروفند مقدار قابل توجهی آب را در داخل منافذ خاك نگهداری می‌كنند.نیروهای موئینه ای به دلیل چسبندگی ذرات خاك با آب و كشش سطحی مولكولهای آب بوجود می‌آید و نیروهای جاذبه ای به دلیل بار منفی سطح ذرات رس است كه بخش مثبت مولكولهای قطبی آب را بخود می‌چسباند. برای این كه آب بتواند در خاك جریان پیدا كند باید نیرویی كه آب را به طرف ریشه می‌كشاند بر این نیروها غلبه نماید. حداقل نیروی لازم برای استخراج آب بستگی به رطوبت خاك و نوع خاك دارد. منحنی

مشخصه رطوبتی خاك كه رابطه بین درصد رطوبت خاك و پتانسیل آب می‌باشد نشان دهنده آن است كه با یك نیروی معین چه مقدار آب می‌توان از خاك استخراج كرد.

اتمسفر انرژی لازم برای گیاه به منظور تأمین آب مورد نیاز از خاك توسط اتمسفر تأمین می‌شود. چنانچه روزنه ها باز باشند و آب نیز محدود نباشد وضعیت اتمسفر عامل كنترل كننده سرعت تعرق است. مهمترین پارامتر در این مورد دما و رطوبت است. بالا بودن دما باعث افزایش تعرق و مرطوب بودن هوا موجب كاهش آن می‌شود. عامل مهم دیگر سرعت باد است كه باعث می‌شود بخار آب تجمع یافته در سطح برگها از محیط خارج شده و اختلاف فشار بخار بین گیاه و هوا را تشدید نماید. البته باید توجه داشت كه اتمسفر خود فاقد انرژی است و كلیه انرژی های آن توسط تابش خورشید تأمین می‌شود كه از طریق اتمسفر برگیاه اعمال می‌گردد.

اگر یك دوره زمانی مشخص، مثلا یك شبانه روز، را در نظر بگیریم معادله بیلان انرژی خورشید در آن بصورت زیر خواهد بود.
Rn = (1-a)Rs + I1-I2
كه در آن:
Rn = انرژی خالص وارد شده به سطح زمین
Rs = انرژی ورودی به سطح زمین بصورت طول موج كوتاه

I1 = انرژی ورودی به سطح زمین بصورت طول موج بلند
I2 = انرژی خارج شده از سطح زمین بصورت طول موج بلند
a = ضریب بازتاب تابش (albedo)

ضریب بازتاب تابش بستگی به خصوصیات فیزیكی سطح زمین و پوشش آن دارد. برای پوششهای گیاهی این مقدار معمولا 25/ در نظر گرفته می‌شود.
با توجه به معادله فوق كه در آن انرژی خالص خورشید توصیف گردید، مقدار تابش خالصی كه به سطح زمین می‌رسد به سه قسمت اساسی تقسیم می‌شود. بخشی از این انرژی در صورت وجود آب و پوشش گیاهی صرف تبخیر (یا تبخیر – تعرق)، بخشی صرف گرم كردن هوا و بخش دیگر بمصرف گرم كردن زمین می‌رسد.

Rn = E + H + G
كه در این معادله
Rs = تابش خالص خورشیدی
E = تبخیر یا تبخیر – تعرق
H = گرمای محسوس كه صرف گرم كردن هوا می‌شود
G = مقدار انرژی كه صرف گرم كردن زمین می‌شود

این كه چه مقدار از انرژی خالص بمصرف هر كدام از اجزاء سه گانه فوق گردد بستگی به شرایط آب و هوایی و موجودیت آب در سطح زمین دارد. در شكل 8-1 بیلان اندازه گیری شده انرژی در سه وضعیت آب و هوایی در طی یك شبانه روز، از طلوع خورشید تا طلوع روز دیگر، نشان داده شده است. در این جا مشاهده می‌شود كه به دلیل وجود رطوبت برای تبخیر – تعرق، توزیع انرژی بین E ، H و G بطور متعادل صورت می‌گیرد. مقدار بیشتری صرف تبخیر – تعرق، مقداری صرف گرم كردن هوا و بخش كمتری بمصرف گرم شدن زمین می‌شود. در یك سطح پوشیده از چمن در آب و هوای گرم و خشك آریزونا نه تنها تمام انرژی صرف تبخیر – تعرق می‌گردد بلكه به دلیل اثر واحه ای (oasis effect) كه باعث انتقال گرما از اطراف نیز

می‌شود، انرژی صرف شده برای تبخیر حتی بیش از مقدار انرژی خالص خورشیدی در منطقه است. حال آنكه در یك منطقه بدون آب مانند سطح دریاچه خشك المیراژ در جنوب كالیفرنیا كل انرژی خورشید باعث گرم شدن هوا و سپس گرم كردن خاك می‌گردد. آنچه در ر.ابط آب و خاك و گیاه از نظر ما حائز اهمیت است مقدار انرژی است كه فرایند تبخیر – تعرق را موجب می‌گردد.

شكل 8-1 تغییرات روزانه اجزاء بیلان انرژی در سه شرایط آب و هوایی مختلف
تبخیر – تعرق در پوشش های گیاهی

در زنجیره آب، خاك – گیاه – اتمسفر آب مستقیما از سطح خاك و یا توسط گیاه به داخل اتمسفر وارد می‌شود. انتقال آب از سطح خاك به هوا را تبخیر (evaporation) و خارج شدن آن از گیاه را تعرق (transpiration) گویند. این دو پدیده هر دو ماهیت تبخیری داشته و چون تفكیك آنها از یكدیگر امكان پذیر نمی باشد مجموعا به نام تبخیر – تعرق (evapo-transpiration) در نظر گرفته شده و با علامت ET نشان داده می‌شود. در كشاورزی آب مورد مصرف زراعت (CONSUMPTIVE Use ,CU) به مجموع مقدار تبخیر در سطح خاك و مقدار آبی گفته می‌شود كه توسط ریشه های گیاه از خاك جذب می‌شود. بنابراین اختلاف ET و CU تنها در مقدار آبی است كه صرف فتوسنتز و انتقال مواد در داخل گیاه می‌شود و یا در ساختمان اسكلت گیاه به كار رفته است. چون این مقدار در قیاس به تعرق بسیار ناچیز است، عملا تبخیر – تعرق با آب مورد مصرف در زراعت برابر در نظر گرفته می‌شود.

منظور از تعیین تبخیر – تعرق برآورد مقدار آبی است كه باید به یك پوشش زراعی داده شود تا در طول دوره رویش صرف تبخیر و تعرق نموده و بدون آنكه با تنش آبی مواجه شود رشد خود را تكمیل نموده و حداكثر مقدار محصول را تولید كند. از جایی كه عوامل بسیار زیادی در تبخیر – تعرق دخالت دارند برآورد تبخیر – تعرق اگر نتوان گفت كه غیر ممكن است كاری است بسیار مشكل. روشهایی كه برای تخمین تبخیر – تعرق بكار برده می‌شود در دو گروه اصلی قرار می‌گیرند كه عبارتند از: روشهای مستقیم و روشهای محاسبه ای. در روشهای مستقیم

بخش كوچك و كنترل شده ای از مزرعه را مجزا كرده و مقدار تبخیر و تعرق در یك دوره زمانی مستقیما اندازه گیری می‌شود. حال آنكه در روشهای محاسبه ای كه می‌توان آنها را به روشهای غیر مستقیم دانست از عوامل مختلف اقلیمی و گیاهی استفاده شده و از روی ارتباط آنها با تبخیر – تعرق و معادله هایی كه قبلا با روشهای مستقیم واسنجی شده اند تبخیر – تعرق پوشش گیاهی مورد نظر تخمین زده می‌شود. همانطور كه گفته شد هیچ كدام از این روش را نمی توانند تبخیر – تعرق را به طور دقیق برآورد نمایند ولی برخی از آنها در بعضی مناطق نتایجی را به دست می‌دهند كه بیشتر با واقعیت مطابقت دارند. از نظر عملی روشی مطلوب است كه والا آسان بوده و ثانیا نتایج حاصله از آن واقعی تر باشد.
روشهای مستقیم تعیین تبخیر – تعرق

معمول ترین روش مستقیم تعیین تبخیر – تعرق استفاده از اصل بیلان جرمی در یك حجم كنترل شده از خاك است. براساس این اصل:
= جریان خروجی – جریان ورودی = AS
كه در آن جریان ورودی و خروجی به مقدار كل آبی گفته می‌شود كه طی یك دوره زمانی مشخص مثل یك ساعت یا یك روز و یا یك ماه به حجم معینی از خاك وارد و یا از آن خارج می‌شود و معمولا بر حسب میلیمتر توصیف می‌شوند. سایر علائم معادله عبارتند از: AS = تغییر رطوبت در حجم كنترل شده خاك در طی دوره زمانی مشخص كه بر حسب سانتیمتر یا میلیمتر توصیف می‌گردد.

Drz = عمق توسعه ریشه ها (سانتیمتر)
= رطوبت حجمی خاك در شروع دوره مورد نظر (اعشار)
= رطوبت حجمی خاك در انتهای دوره مورد نظر (اعشار)
در شكل 8-2 عواملی كه ممكن است بر مقادیر جریان ورودی و خروجی موثر باشند نشان داده شده است. براساس این شكل می‌توان نوشت:
I + P + SFI + LI + GW = جریان ورودی
ET + RO + LO + L + DP = جریان خروجی
در این معادله ها:

I = آبیاری (سانتیمتر)
P = بارندگی (سانتیمتر)

SFI = جریان سطحی ورودی به صرف خاك (سانتیمتر)
LI = جریان زیر سطحی كه وارد حجم خاك می‌شود (سانتیمتر)
GW = مقدار آبی كه از زیر زمین ممكن است وارد حجم خاك شود (سانتیمتر)
ET = تبخیر – تعرق (سانتیمتر)

RO= روآناب سطحی كه از زمین خارج می‌شود (سانتیمتر)
LO = جریان آب زیر سطحی كه از زمین خارج می‌شود (سانتیمتر)
L = نیاز آبشوئی مقدار آبی كه باید از زمین خارج شود تا شوری خاك از درصد مورد افزایش پیدا نكند (سانتیمتر)
DP = نفوذ عمقی (جریان خروجی آب از خاك كه مازاد بر نیاز آبشوئی صورت می‌گیرد، (سانتیمتر)

همانطور كه ملاحظه می‌شود در این معادله ها تمام عناصر دارای بعد طول بوده و از روی آنها می‌توان تبخیر – تعرق (ET) را بدست آورد.
ET = I + P + SFI + LI + GW – RO – LO – L – DP – D در معادله فوق الزاما نباید برای هركدام از عناصر عدد مشخصی وجود داشته باشد و اگر برخی از پارامترها وجود نداشته باشد به جای آن صفر منظور می‌شود. معادله مذكور را می‌توان در مقیاس بزرگ و در سطح مزرعه بكار برد برای این منظور رطوبت خاك در ابتدا و انتهای دوره معینی اندازه گیری و مقادیر آب ورودی و خروجی از زمین نیز اندازه گیری و ازروی آنها با استفاده از معادله 8-8 تبخیر – تعرق تخمین زده می‌شود. در مقیاس كوچك ساده ترین وسیله لایسیمتر (lysimeter) است. لایسیمتر یك تانك با ابعاد مشخص است كه در داخل خاك قرار گرفته و لذا امكان اعمال معادله 8-8 در آن وجود دارد. لایسیمتر از نظر هیدرولوژی بخش مجزا و كنترل شده ای از خاك است كه پارامترهای SFI، LI و LO در آن حذف شده و GW، RO، L و DP یا قابل اندازه گیری بوده و یا حذف می‌شود.

بنابراین با اندازه گیری می‌توان ET را بدست آورد. تعیین AS در لایسی مترها متفاوت است. برخی لایسی مترها وزنی بوده و می‌توان AS را از روی وزن كردن تانك بدست آورد اما در لایسی مترهای غیر وزنی تعیین AS با اندازه گیری رطوبت انجام می‌شود شكل های 8-3 و 8-4 دو نوع لایسی متر وزنی و غیر وزنی را نشان می‌دهند. در لایسی مترهای وزنی علاوه بر تانك محتوی خاك و گیاه، تانك دومی نیز وجود دارد كه آزادانه در داخل تانك اول حركت می‌كند. تانك دوم روی ترازویی (loadcells) قرار گرفته و از روی افزایش یا كاهش وزن تانك می‌توان

تغییرات روطوبت و در نتیجه تغییرات ذخیره آب در تانك را بدست آورد. در این لایسی مترها تمهیدات لازم برای خارج ساختن و اندازه گیری DP و L نیز در نظر گرفته شده است اما لایسی مترهای غیر وزنی فاقد این امكانات می‌باشد. لاسی مترها گرچه وسایل دقیقی برای اندازه گیری تبخیر – تعرق می‌باشند اما مشكلات احداث و هزینه نسبتا زیاد لایسی مترها مانع از كاربرد عمومی آنها می‌شود و لذا از این وسایل بیشتر در كارهای تحقیقاتی و یا واسنجی دیگر روشهای تخمین ET استفاده می‌شود.
روشهای محاسباتی تعیین تبخیر – تعرق
روشهای غیر مستقیم تعیین تبخیر – تعرق كه به /انها روشهای محاسباتی گفته می‌شود همگی براساس فرمول زیر استوارند:
ET = Kc ETo
كه در آن:
ET = تبخیر – تعرق گیاه مورد نظر
ETo = تبخیر – تعرق پتانسیل (تبخیر – تعرق گیاه مرجع)
Kc = ضریب گیاهی

در فرمول فوق ETo ممكن است تبخیر – تعرق پتانسیل و یا تبخیر – تعرق گیاه مرجع باشد. تبخیر – تعرق پتانسیل (potential ET) حداكثر مقدار آبی است كه اگر بدون محدودیت وجود داشته باشد می‌تواند توسط سطوح خاك و گیاه از خاك شود. تبخیر – تعرق پتانسیل بستگی به مقدار انرژی موجود برای عمل تبخیر – تعرق پتانسیل برای یك پوشش گیاهی بخصوص است كه معمولا چمن یا یونجه انتخاب می‌شود. تعریفی كه برای گیاه مرجع چمن شده است این است كه ارتفاع این گیاه 8 تا 15 سانتی متر بوده، سطح وسیعی را در بر گرفته و بطور كامل و یكنواخت زمین را پوشش داده باشد، سبز و شاداب بوده و بدون محدودیت آب تبخیر – تعرق آن صورت گیرد. برای گیاه مرجع یونجه نیز تعریف مشابهی شده است. بدین معنی

كه بطور یكنواخت مساحت وسیعی را در برگرفته بوته ها سبز و شاداب و قائم با ارتفاع 20 سانتی متر باشند و بدون محدودیت آب تبخیر و تعرق نمایند. بنابراین تبخیر – تعرق گیاه مرجع معروف است. گرچه انتخاب یونجه از نظر مشابهت با گیاهان زراعی بیشتر مورد علاقه دانشمندان است اما در عمل هنوز هم چمن به عنوان گیاه مرجه كاربری بیشتری دارد. كاربری گیاه مرجه برای تعیین تبخیر – تعرق پتانسیل این است كه تبخیر – تعرقپتانسیل به دلیل متفاوت بودن گیاهان مختلف از نظر زبری سطح پوشش و ضریب بازتاب انرژی و یا متغیر بودن مكانهای مختلف از نظر انرژی دریافتی از خورشید و گرمای نهان و محسوسی كه از اطراف می‌رسد متفاوت است در صورتی كه برای گیاه مرجع نوع چمن شرایط محیطی آن ثابت در نظر گرفته شده است.

روشهایی كه برای محاسبه ETo پیشنهاد شده است هر كدام از نظر داده های مورد لزوم نیازهای متفاوتی دارند. در برخی از آنها لازم است آمار درجه حرارت روزانه وجود داشته باشند حال آنكه برای تعدادی از روشها داشتن آمار ماهانه هواشناسی كفایت می‌كند. برخی از روشها علاوه بر دما به آمار رطوبت نسبی و سرعت باد نیز نیاز دارند و برای برخی از روشها باید آمار تابش خورشید یا ساعات آفتابی روز هم وجود داشته باشد و بطور خلاصه تعدادی از روشها اساس فیزیكی دارند و تعدادی فقط از روی تجربه بدست آمده اند. این روشها را می‌توان كلا در 4 گروه تقسیم كرد كه عبارتند از:

(1) – روشهای موسوم به آیرودینامیك
(2) – روشهای موسوم به توازن انرژی
(3) – روشهایی كه از تركیب دو روش فوق حاصل شده و به نام روشهای تركیبی معروفند.
(4) – روشهای تجربی

پس از آنكه ETo با یكی از روشهای فوق محاسبه شد لازم است برای هر دوره ای كه ETo محاسبه شده است ضریب گیاهی Kc نیز محاسبه شده و با ضرب كردن آنها در یكدیگر ET برای گیاه مورد نظر محاسبه شود. در این جا ابتدا به شرح مختصر هر كدام از روشهای محاسبه ETo پرداخته و سپس طرز بدست آوردن ضریب گیاهی شرح داده می‌شود.
روشهای آیرودینامیك

می دانیم كه آب از سطح مرطوب خاك و گیاه با عمل پخشیدگی مولكولی (Molecular diffusion) وارد لایه بسیار نازك هوایی می‌شود كه چسبیده به این سطوح است. در خارج از این لایه عدم یكنواختی در آیرودینامیك سطوح و اختلاف گرما در نقاط مختلف باعث می‌شود كه مولكولهای آب بجای پخشیدگب مولكولی به صورت پخشیدگی متلاطم (turbulent diffusivity) جابجا شوند. بعبارت دیگر مولكولهای آب ابتدا از روزنه ها با عمل پخشیدگی مولكولی وارد لایه نازك هوای مجاور سطح برگ شده و سپس با عمل پخشیدگی متلاطم وارد هوای بالاتر می‌گردد. در این صورت جریان بخار آب از برگ به هوا بستگی به سرعت باد و اختلاف فشار بخار بین لایه هوای چسبیده به برگ و هوای اطراف دارد كه می‌توان رابطه بین آنها را بصورت زیر نوشت:

ETo = (es – e) f (u)
پارامترهای این معادله كه به فرمول دالتون (Dalton) معروف است عبارتند از:
es = فشار بخار در لایه هوای چسبیده به برگ.
e = فشار بخار در هوای بالای برگها.

F(u) = عبارتی كه در آن سرعت باد لحاظ شده باشد.
ساده ترین فرمول برای محاسبه ETo به روش آیرودینامیك بصورت زیر می‌باشد كه در /ان سرعت باد و دانسیته بخار آب در دو ارتفاع مختلف در بالای سطح گیاه اندازه گیری می‌شود.
=ETo

K = ضریب فون كارمن (Von Karman)
= سرعت متوسط باد در ارتفاع های
= چگالی بخار آب در ارتفاع
C = ضریب اصلاحی
معادله 8-11 نیز همانند سایر معادله های آیرودینامیك فقط در شرایط تحقیقاتی قابل استفاده می‌باشد زیرا اولا اندازه های سرعت باد و دانسیته بخار آب باید با دقت صورت گیرد كه كاری بسیار مشكل است ثانیا نیاز به دستگاههایی دارد كه هزینه آنها زیاد است و ثالثا برای كابرد این دستگاهها نیاز به افراد ماهر و كارآزموده است.
روشهای توازن انرژی

در صورتی كه از یك سطح مرطوب گیاه و خاك تا هوا شیب بخار اشباع وجود داشته و آب نیز برای تبخیر شدن وجود داشته باشد مقدار ETo در سطح مورد نظر توسط انرژی موجود كنترل می‌شود. انرژی موجود برای تبخیر از روی معادله زیر قابل محاسبه است:
= Rn + AD – S – A – C – P ETo
Rn = تابش خالص ورودی به سطح مورد نظر

AD = گرمایی كه به صورت جابجایی از اطراف به سطح مورد نظر وارد می‌شود (advection)
S= مقدار گرمایی كه از سطح مورد نظر وارد اعماق خاك می‌شود.
A= مقدار گرمایی كه از سطح مورد نظر وارد هوا می‌شود

C= مقدار گرمایی كه در گیاه ذخیره می‌شود و P= مقدار فتوسنتز
با توجه به این كه جمع مقادیر c و p در طول دوره رویش گیاه از 2درصد Rn تجاوز نمی كند می‌توان در معادله مذكور از آنها صرف نظر نمود همچنین s گرچه ممكن است مقدار آن تا 15 درصد Rn برسد ولی اگر از آن صرف نظر شود از دقت عمل زیاد كاسته نمی شود. مقدار گرمای جابجایی (advection) بعضی مواقع و بخصوص در مناطق كویری ممكن است با مقدار انرژی ورودی برابری كند ولی به دلیل این كه ارزیابی آن مشكل بوده و برای بدست آوردن آن روش ساده ای وجود ندارد و از آن نیز صرف نظر می‌شود. لذا معادله فوق بصورت زیر ساده می‌شود:

ETo = Rn – A
Rn = ETo + A
بنابراین مقدار انرژی كه به یك سطح پوشیده از گیاه وارد می‌شود به دو قسمت تقسیم می‌شود بخشی صرف تبخیر – تعرق (ETo) شده و بخش دیگر صرف گرم كردن هوا A)) می‌شود. برای حل معادله دو مجهولی فوق یك معادله دیگر نیز لازم می‌باشد و آن نسبت است.این نسبت كه به نام نسبت بوون(Bowen ratio) معروف است از روی فرمول زیر قابل محاسبه است.
y= ثابت سایكرومتری (رطوبت سنجی)
Kn = ضریب پخشیدگی تلاطمی گرما
Ts = دما در سطح مرطوب گیاه
es = فشار بخار در سطح مرطوب گیاه
Ta = دمای هوا
ea = فشار بخار در هوا

نسبت بوون (B) در مناطق مرطوب كم و بین 0 تا 1/ است حال آنكه در مناطق خشك مقدار آن تا 10 نیز می‌رسد. در صورتی كه گرما از هوا به سطح گیاهی وارد شود (مانند آنچه در مناطق واحه ای اتفاق می‌افتد) B منفی است و در صورتی كه از سطح مرطوب گیاهی وارد هوا شود مقدار B مثبت خواهد بود. در مناطق واحه ای B تا 3/ نیز می‌رسد. واحه (oasis) به یك سطح مرطوب و سبز در وسط یك منطقه خشك گفته می‌شود.
روش توازن انرژی نیز به دلیل این كه نمی توان B را به دقت برآورد كرد همانند روشهای آیرودینامیك جنبه تحقیقاتی داشته و در عمل استفاده چندانی از آن نمی شود.
روشهای تركیبی

در سال 1948 (penman) دانشمند انگلیسی از تركیب روشهای آیرودینامیك و توازن انرژی روشی را برای محاسبه تبخیر – تعرق ارائه نمود كه به روش تركیبی یا معادله استفاده می‌شوند به شرح زیر است:
ETo = تبخیر – تعرق گیاه مرجع چمن (mm/day)
= شیب منحنی فشار بخار اشباع نسبت به دما در نقطه ای كه دما برابر Ta باشد(mbar/c)
= دمای هوا كه تبخیر – تعرق به ازای آن محاسبه می‌شود (0C)

= تابش خالص
= ثابت سایكرومتری
= جزء آیرودینامیك كه بستگی به فشار بخار اشباع وواقعی و سرعت باد دارد

= فشار بخار اشباع به ازای دمای
= فشار واقعی بخار آب در هوا
= فشار هوا
= ارتفاع محل از سطح دریا
پنمن برای Ea در فرمول بالا معادله زیر ارائه كر

د:
كه در آن u سرعت باد بر حسب متر در ثانیه است. معادله 8-16 كه در آن بجای Ea مقدار مربوطه از معادله 8-21 قرار داده شود به نام معادله پنمن معروف است. ولی افراد دیگری نیز برای Ea معادلات مشابهی را پیشنهاد كرده اند. مزیت روش پنمن در این است كه معادله ارائه شده مبنای فیزیكی داشته و در آن اندازه گیری دما و فشار بخار آب در لایه هوای چسبیده به برگ حذف شده است. بطوری كه مشاهده می‌شود در معادله پنمن نیاز به این است تابش خالص نیز محاسبه شود. برای محاسبه تابش خالص نیز معادله هایی توسط افراد مختلف ارائه شده است. این معادله ها چون همگی از فرمول پنمن مشتق شده اند همراه با نام پنمن نام این افراد نیز با آن ذكر می‌شود. مانند معادلات اصلاح شده پنمن – فائو پنمن – رایت ، پنمن – بوسینگر پنمن – كیمبرلی

پنمن مونتیت و غیره كه در این جا از ذكر تمتامی آنها به دلیل اطاله كلام خودداری شده است.
معادله پنمن – فائو كه توسط متخصصان سازمان فائو ارائه گردید هنوز هم بعنوان یكی از معادلات كاربردی در محاسبات تبخیر – تعرق گیاه مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی از جایی كه در این معادله فرض شده است كه تبخیر – تعرق فقط توسط عوامل آب و هوایی كنترل شده و نقش خود گیاه در آن در نظر گرفته نشده است لذا به تدریج اهمیت خود را از دست داده و معادلات دیگری جای آن را گرفته اند. از جمله این معادله ها می‌توان معادله فائو – پنمن – مونتیت را كه در حال حاضر كاربرد بیشتری دارد ذكر كرد كه ما نیز در این جا نظر به اهمیتی كه دارد به شرح آن می‌پردازیم.

معادله فائو – پنمن – مونتیت روش فائو – پنمن – مونتیت بعنوان یكی از معتبرترین روشها برای تخمین ETo مورد استفاده متخصصان قرار دارد. در روش مذكور گیاه مرجع یك پوشش چمن فرضی است كه ارتفاع آن 12 سانتی متر و ضریب بازتاب تابش در آن 23درصد (درگیاه چمن واقعی این مقدار 25درصد می‌باشد.) در گیاه چمن فرضی مونتیت زبری سطح كه بستگی به ارتفاع گیاه و سرعت باد دارد و لذا مقاومت آیرودینامیك در این مورد با آنچه در معادله پنمن می‌باشد متفاوت است. لذا تابع باد در معادله پنمن مونتیت نیز متفاوت می‌باشد. علاوه بر

مقاومت آیرودینامیك كه مربوط به خارج شدن بخار آب از سطح پوشش گیاهی به هوای خارج می‌باشد، مقاومت دیگری نیز در نظر گرفته می‌شود و آن مقاومت روزنه های برگ در مقابل پخش بخار آب از آن به خارج می‌باشد. در واقع در معادله فائو – پنمن – مونتیت سطح پوشش گیاهی برخلاف روش پنمن یك سطح آب در نظر گرفته می‌شد یك سطح مرطوب است. بعبارت دیگر در روش پنمن – مونتیت فرض می‌شود كه كل سطح پوشش گیاهی یك برگ بزرگ با روزنه های موجود در آن است. بهمین دلیل روش پنمن – مونتیت را روش برگ بزرگ (big leaf) هم می‌گویند. مقاومت روزنه ها در برابر خروج آب در روش فائو – پنمن – مونتیت از 30 ثانیه بر متر برای گیاهان مناطق خشك تا 150 ثانیه بر متر در پوشش های متغیر است كه درگیاه فرضی مرجع برای آن 70 ثانیه بر متر فرض شده است. با توجه به این فرضیات معادله پنمن – مونتیت بصورت زیر می‌باشد:

كه در آن:
= تبخیر تعریق گیاه مرجع
= تابش خالص در سطح پوشش گیاهی
= متوسط دمای هوا در ارتفاع 2متری از سطح زمین
= سرعت باد در ارتفاع 2متری از سطح زیمن
= كمبود فشار بخار در ارتفاع 2متری
= شیب منحنی فشار بخار
= ضریب رطوبتی
= شارگرما به داخل خاك
برای بدست آوردن اجزاء معادله پنمن – مونتیت به ترتیب زیر عمل می‌شود.
1- تعیین گرمای نهان نبخیر
كه در آن:
= گرمای نهان تبخیر = متوسط دمای هوا (0C) می‌باشد.
مثلا مقدار آن برای متوسط دمای 20درجه 45/2 می‌باشد.
2- تعیین شیب منحنی فشار بخار
كه = شیب منحنی فشار بخار = متوسط دمای هوا (0C) می‌باشد.
بطور مثال چنانچه دمای هوا 20 درجه سانتی گراد باشد مقدار برابر 145/ بدست می‌آید.
3- تعیین ضریب رطوبتی
= ضریب رطوبتی
= فشار هوا است كه مقدار آن در صورتی كه ارتفاع محل از سطح دریا مشخص باشد از معادله زیر بدست می‌آید.
كه Z ارتفاع محل از سطح دریا (m) می‌باشد. بعنوان مثال برای هوای 20 درجه در محلی كه ارتفاع آن از سطح دریا 980 متر می‌باشد مقدار y برابر 06/ بدست می‌آید.
4- تعیین فشار بخار اشباع (ea)
كه در آن ea فشار بخار اشباع [E (T) ] از درجه حرارت نشان داده شده است. T دمای هوا (oC) است. مثلا اگر دمای هوا 20 درجه سانتی گراد باشد ea برابر 34/2 بدست می‌آید. در یك دوره 24 ساعته شبانه روز مقدار ea بصورت زیر محاسبه می‌شود:
كه و به ترتیب فشار بخار اشباع به ازای دماهای حداكثر و حداقل می‌باشد.
5- تعیین فشار واقعی بخار (ed)
فشار بخار اشباع در نقطه شبنم بعنوان فشار بخار واقعی یا فشار بخار روزانه تعریف شده و چنانچه دمای نقطه شبنم (Td) در اختیار باشد، رابطه زیر بهترین برآ.رد را خواهد داشت:

اما اگر تنها متوسط رطوبت نسبی (RH) در اختیار است می‌توان ed را از معادله زیر بدست آورد.
مثلا چنانچه متوسط دمای هوا 0C 20 و رطوبت نسبی 50 درصد باشد ed برابر 17/1 بدست می‌آید. در اینجا نیز جهت محاسبات در طول یك دوره 24 ساعته شبانه روز، چنانچه داده های رطوبت نسبی ماكزیمم و رطوبت نسبی می‌نیمم در اختیار باشد، بایستی میانگین فشار بخار واقعی در دماهای و بعنوان مبنای محاسبه ed در نظر گرفته شود.

كه و به ترتیب فشار بخار اشباع محاسبه شده به ازای و می‌باشد. مثلا در صورتی كه حداكثر و حداقل دما به ترتیب 21 و 9 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی حداكثر و حداقل نیز به ترتیب 80 و 40 درصد باشد مقدار ea برابر 975/ خواهد بود. اما اگر فقط متوسط رطوبت نسبی (RH) در اختیار است با فرض این كه است ed از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

كه و به ترتیب فشار بخار اشباع محاسبه شده به ازاء و می‌باشد. مثلا در صورتی كه حداكثر دما و حداقل آن به ترتیب 30 و 10 درجه سانتی گراد (0C) و رطوبت نسبی 50 درصد باشد مقدار ed برابر 95/ خواهد بود. چنانچه داده های رطوبت موجود نبوده و یا از دقت كافی برخوردار نباشد، می‌توان در مناطق مرطوب با فرض این كه می‌باشد فشار بخار واقعی را از رابطه زیر محاسبه كرد:

این فرمول در مناطق خشك دقت زیادی نداشته و لازم است در این نقاط رابطه دمای حداقل و دمای نقطه شبنم واسنجی و سپس مورد استفاده قرار گیرد.
6- كمبود فشار بخار ed) – ea (
با محاسبه ea و ed كه در قسمتهای بالا گفته شد مقدار كمبود فشار بخار بدست می‌آید.

7- تعیین مقدار تابش برون زمینی (Ra)
برای محاسبه تابش خالص روی سطح گیاه ابتدا لازم است تابش برون زمینی كه به ان تابش فرازمینی هم گفته می‌شود از معادلات زیر محاسبه شود.
كه در آنها
= تابش برون زمینی
= فاصله نسبی زمین تا خورشید
= زاویه میل خورشید

= عرض جغرافیایی
= زاویه ساعتی غروب خورشید (رادیان)
= شماره ماه میلادی سال كه تبخیر – تعرق، برای آن محاسبه می‌شود.
= شماره روز ژولیوسی از ابتدای سال مسیحی كه برای محاسبات ماهانه از معادله فوق استفاده می‌شود. و اگر بخواهیم تبخیر – تعرق روزانه را حساب كنیم با داشتن شماره روز از ماه (D) بجای آن معادله زیر استفاده می‌شود.
8- تعداد ساعات روشنایی روز (N)

كه N حداكثر ساعات روشنایی در روز J از سال (ساعت) و Ws زاویه ساعتی خورشید (رادیان) است. در معادله های 8-35 و 8-36 علامت به معنی جزء صحیح معادله می‌باشد.
9- تابش خالص (Rn)
در این معادله:
= تعداد ساعات واقعی آفتاب
= تابش برون زمینی محاسبه شده در قسمت 5
= حداكثر دمای روزانه برحسب درجه كلوین
= حداقل دمای روزانه برحسب درجه كلوین

10- شارگرما به داخل خاك
در محاسبات نیاز آبی به دلیل پوشش كامل گیاه مرجع شارگرما به داخل خهاك صفر فرض می‌شود.
11- سرعت باد در ارتفاع 2متری
در صورتی كه سرعت باد در ارتفاع دیگری بغیر از 2 متر اندازه گیری شده باشد برای استفاده در فرمول پنمن – مونتیت باید آن را به سرعت در ارتفاع 2 متر تبدیل كرد كه معادله كلی آن بصورت فرمول زیر می‌باشد.
كه در آن:
= معادل سرعت باد در ارتفاع 2متری
= سرعت باد در ارتفاع
= ارتفاعی كه سرعت باد در آن اندازه گیری شده است.
برای آنكه به نحوه استفاده از فرمول های ارائه شده در روش پنمن – مونتیت آشنا شوید به ذكر یك مثال و نحوه انجام محاسبات می‌پردازیم. فرض كنید در شرایط زیر بخواهیم تبخیر – تعرق گیاه مرجع را برای یك روز كه اطلاعات هواشناسی آن را داریم به روش پنمن – مونتیت محاسبه كنیم.
– ارتفاع از سطح دریا 570متر
– عرض جغرافیایی 45درجه شمالی
– تاریخ اول ماه مه
– دمای حداكثر 21
– دمای حداقل
– رطوبت نسبی متوسط

– سرعت باد 5/3 متر در ثانیه در ارتفاع 2 متری
– تعداد ساعات واقعی آفتابی 10
حل
میانگین دما
1- از معادله 8-23
2- از معادله 8-24

3- از معادله 8-26
4- از معادله 8-25
5- از معادله 8-27 ب
6- از معادله 8-30 و با فرض مرطوب بودن اقلیم:
7- كمبود فشار بخار
8- از معادله 8-36 برای روز اول ماه مه مقدار J برابر است با جزء صحیح كه از معادله زیر بدست می‌آید

برای دریافت اینجا کلیک کنید