حساب الاحيتاجات المائية تبخر الماء

 تبخر الماء
الطرق التقديرية لحساب الاحتياجات المائية

 تستخدم الطرق الحسابية في تقدير البخر-نتح للمناطق الزراعية التي لا توجد فيها أجهزة قياس ولا تتوفر فيها معلومات كافية عن البخر-نتح. وهذه الطرق تعتمد على استخدام العوامل الجوية كدرجات الحرارة، وطول النهار، والإشعاع الشمسي، والرطوبة النسبية، وسرعة الرياح، إضافة إلى استخدام معامل المحصول. حيث دأب العديد من الباحثين على استنتاج مثل هذا النوع من المعادلات. وهذه المعادلات تجريبية لأنها بالأساس اعتمدت على تجارب في ربط العوامل المناخية بالاستهلاك المائي، وتم تصنيف هذه المعادلات بناءً على المتغيرات المستخدمة في التقدير الى:

أ‌.      الطرق الحرارية.

تعتمد هذه الطريقة بشكل رئيس على درجات الحرارة. وتتطلب بيانات خاصة بدرجات الحرارة العظمى والصغرى. ومن هذه الطرق معادلات                     

1.    طريقة بلاني-كريدل.

تعتمد هذه المعادلة في تقدير الاستهلاك المائي على العلاقة الثنائية بين متوسط درجة حرارة الهواء والنسبة المئوية لعدد ساعات النهار. وهي ملائمة للمناطق الجافة، وتستخدم في تقدير الاستهلاك المائي لفترة شهر واحد أو خلال موسم النمو للمحصول. وصيغة المعادلة الأساسية التي ظهرت فيها كما يلي:
   CU=45.7 K SP(t+17.8)
حيث أن:
    CU=الاستهلاك المائي خلال فترة نمو المحصول                        (مم)
      K= معامل المحصول يتوقف على نوع المحصول
      P= النسبة المئوية لعدد ساعات النهار من السنة الحاصلة خلال فترة النمو
      t = متوسط درجة حرارة الهواء خلال الشهر المحدد                (مئوية)

تم تعديل معامل المحصول في هذه المعادلة كي تستخدم لتقدير الاستهلاك المائي في المناطق الجافة والشبه جافة ولفترات قصيرة، كما يلي:

 K=  Kt.Kc
حيث أن:
    Kc =معامل يعكس تأثير مرحلة نمو النبات، ولكل محصول منحني خاص به
    Kt =معامل يعكس تأثير درجة حرارة الهواء على الاسـتهلاك المائي     لفترة قصيرة، شرط أن يكون مقداره أكبر أو يساوي 0.3 من المعادلة التالية:
Kt  = 0.24 + 0.03 t
2.    طريقة ثورنثويت.

 تستخدم هذه الطريقة لتقدير البخر-نتح الكامن الذي يعني كمية البخر القصوى من مساحة مغطاة تماماً بالنباتات مع توفر الرطوبة الأرضية العالية في كل الأوقات، فهذه الطريقة جيدة وملائمة للمناطق الرطبة وشبه الرطبة، وعملياً لا تعطي نتائج دقيقة في المناطق الجافة، خاصة عند ارتفاع درجات الحرارة، لأنها في الأساس تعتمد على درجات حرارة الجو والإشعاع الشمسي، فهي تقدر البخر-نتح الكامن للمحاصيل لفترات طويلة (شهر أو موسم مثلاً)، وأهم ميزة لهذه الطريفة بأنها لا تحتاج إلى كثير من العوامل الجوية، وتكتب المعادلة بالصيغة التالية:

a = 6.75´10-7 I3 – 7.71´10-5 I2+1.792´10-2 I+0.4239
حيث أن:
 ETp= البخر-نتح الكامن خلال فترة ثلاثين يوماً                            (سم)
 Ld = نسبة عدد الساعات المضيئة خلال الثلاثين يوماً إلى عدد 360 ساعة (معامل التصحيح لنسبة الإشراق الشمسي)، وتؤخذ من الجداول المعدة لذلك وفقاً لموقع المكان بالنسبة لخط العرض.
  T = المتوسط الشهري لدرجة حرارة الهواء                            (مئوية)
 I = المؤشر الحراري للمنطقة خلال العام ويسـاوي مجموع المؤشـرات المحسوبـة لكل شهر من أشهر السنة على حدة.
   i = المؤشر الحراري للمنطقة خلال الشهر


يتم في هذه الطريقة تقدير البخر- نتح باستخدام المتوسط الشهري لدرجة الحرارة. وصيغة المعادلة كما يلي:
                                            
حيث أن:
 PET معدل البخر- النتح الممكن                               (مم/شهر)
  MF متوسط معامل الاعتماد لخط العرض،
 Ta متوسط الحرارة الشهرية،
 CH معامل التصحيح للرطوبة النسبية.

ب‌.الطرق الإشعاعية.

 وتعتمد هذه الطرق علي الإشعاع الشمسي ومن هذه الطرق FAO Radiation  Priestley-Taylor و Jensen–Haise  وTurc. وقد ذكرJensen el al., (1990)  أن كل الطرق الإشعاعية ماعدا طريقة الفاو تعطي نتائج اقل من البخر– نتح الحقيقي للمناطق الجافة. بينما تعطي تقدير مناسب للبخر- نتح في الأجواء الرطبة ماعدا طريقتي FAO Radiation  و Jensen Haise التين تعطيان تقديرات أعلي للبخر– نتح.

1. معادلة جينسن وهيس.
 
حيث أن:
ETt= البخر-نتح المرجعي للبرسيم مقدرة بالسعرة/سم2 في اليوم                     (لانجلي في اليوم)
Rs  = الإشعاع الشمسي الساقط قصير الموجة     (سعرة/سم2.يوم)
 T = درجة حرارة الهواء                               (مئوية)
 Tx= قيمة الحرارة عند التقاطع مع المحور الممثل للحرارة ويمكن تقدير قيمته من العلاقة التالية:
ويمكن إيجاد قيم الثوابت الأخرى من العلاقات التالية:
 
 
حيث أن:
     e1  = ضغط بخار الماء المشبع عند متوسط درجة الحرارة الدنيا لأحر شهر 
e2          = ضغط بخار الماء المشبع عند متوسط درجة الحرارة العظمى لأحر      شهر
     E = ارتفاع المنطقة المراد تقدير البخر-نتح لها عن سطح البحر      (متر)



ج‍. الطرق المركبة.

وهذه الطرق تعتمد علي تجميع العلاقات التي تمثل الطاقة اللازمة لاستمرار البخر والعلاقات التي تمثل الطاقة اللازمة لإزالة البخار المشبع. وتعتمد الطاقة اللازمة لإزالة البخر علي درجة الحرارة, الإشعاع, سطوع الشمس, الرطوبة. بينما تعتمد العلاقات اللازمة لإزالة البخار المشبع علي سرعة الرياح وخشونة السطح لقد تم تطوير أول طريقه مركبه بواسطة بنمان Penman في 1948م, ثم تم عمل صيغ عديدة من هذه المعادلة مثل (FAO 24 Penman, Kimberly Penman. وتكتب معادلة بنمان بالصيغة التالية:
    
 حيث أن:
 ETp= البخر-نتح الكامن                                 (مم/يوم)
W2  = سرعة الرياح السائدة على ارتفاع 2 متر من الأرض                 (كم/يوم)
Rn   = صافي الإشعاع الشمسي                           (مم/يوم)

Rn= 0.75 Rs - RL        
حيث أن:
Rs  = الإشعاع الشمسي قصير الموجة
RL  = صافي الإشعاع الشمسي الطويل الموجة المنعكس   (المرتد)
    D= ميل المنحني المرسوم بين ضغط البخار عند التشبع ودرجـة الحرارة وذلك عند درجة حرارة الهواء.
 g = الثابت الرطوبي
ea= ضغط البخار عند التشبع المناظر لدرجة حرارة الهواء (مم زئبق)
ed = ضغط بخار الهواء الفعلي (مم زئبق)
                       
بعد ذلك قام مونتيث بإضافة عامل مقاومة المحصول إلى معادلة بنمان لينتج ما يسمي معادلة بنمان–مونتيثPenman–Monteith. ولقد قامت مجموعه عمل متفرعة من الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين بتقييم 20 معادلة من المعادلات المستخدمة في تقدير البخر – نتح. وذلك باستخدام المعلومات المناخية المتوفرة من 11 محطة أرصاد موزعه حول العالم. حيث استخدمت جميع هذه المعادلات لتقدير البخر-نتح من كل محطة ومقارنتها بالبخر- نتح الفعلي المقاس للمنطقة باستخدام الليسمترات. وقد أظهرت نتائج هذه الدراسات أن معادلة بنمان- مونتيث أفضل معادلة لتقدير البخر-نتح تحت الظروف الجافة والرطبة (Jensen, et. al., 1990).   وتكتب معادلة بنمان- مونتيث بالصيغة التالية:
.
حيث أن:
Rn = صافي الإشعاع الشمسي
G = تدفق حرارة التربة
(es - ea) = عجز ضغط البخار
a= متوسط كثافة الهواء عند ضغط ثابت
cp = الحرارة النوعية للهواء
Δ= ميل منحني العلاقة بين ضغط البخار المشبع ودرجة الحرارة
γ = الثابت الرطوبي
rs و ra = المقاومة السطحية الكلية والحركية الهوائية على التوالي.

في عام 1990 قامت منظمه الأغذية بالتعاون مع اللجنة الدولية للري و الصرف (ICID) ومنظمة الأرصاد العالمية لمراجعة وتقييم الطريقة المتبعة لحساب الاحتياجات المائية المستخدمة بواسطة (1977)  Doorenbos and Pruitt, وأوصت اللجنة بتبني طريق  بنمان-مونتيث  المركبة كطريقة جديدة لحساب قيمة البخر-نتح  للمحصول المرجعي. وسميت بطريقة الفاو/بنمان-مونتيث (Allen et al., 1998) التي يمكن كتابتها بالصيغة التالية:

  
حيث أن:
ETo= بخر-نتح مرجعي                                         (مم/يوم)
Rn= صافي الإشعاع الشمسي عند سطح المحصول   (ميغاجول/م2/يوم)
G= شدة تدفق حرارة التربة                            (ميغاجول/م2/يوم)
T= متوسط درجة حرارة الهواء اليومية عند ارتفاع 2م               o)
 u2= سرعة الرياح عند ارتفاع 2م                                (م/ث)
es= ضغط البخار المشبع                                   (كيلو باسكال)
ea= ضغط البخار الفعلي                                    (كيلو باسكال)
es- ea = عجز ضغط البخار المشبع                        (كيلو باسكال)
   D= ميل المنحني المرسوم بين ضغط البخار عند التشبع ودرجـة الحرارة  وذلك عند درجة حرارة الهواء                           ( كيلو باسكال/ مo)
 g = الثابت المرطابي                                    (كيلو باسكال/ مo)