در هیدرولوژی برآورد مقدار تبخیر از سطح آزاد آب معمولا برای محاسبه تلفات آب در مخازن صورت می گیرد. در این فرایند فرض می شود که همیشه آب برای تبخیر وجود داشته باشد. یعنی موجودیت آب بیش از توان تبخیر محیط باشد. برای برآورد تبخیر از سطح آب روش های مختلفی به کار می رود که از آن جمله می توان روش های بیلان آب، تشت تبخیر و استفاده از فرمول های تجربی را نام برد.
روش بیلان آب
اگر در مورد یک توده آب مانند حجم آبی که در مخازن سدها وجود دارد عواملی مانند مقدار بارندگی روی سطح مخزن، حجم آب ورودی و خروجی از مخزن، نفوذ آب به جدار و کف مخزن و تغییرات آب در آن مشخص باشد هیدرولوژیست قادر خواهد بود از روی معادله بیلان آب مقدار تبخیر از سطح آب را در یک دوره زمانی مشخص که عوامل فوق برای آن در نظر گرفته می شوند، محاسبه کند. معادله بیلان آب به شرح زیر است که در آن P بارندگی روی مخزن در دوره زمانی مورد نظر، I مقدار آب ورودی به مخزن، O مقدار آب خروجی از مخزن، E تبخیر از سطح مخزن و S∆ تغییرات حجم آب در مخزن در دوره زمانی مورد نظر (در صورت افزایش حجم، مثبت و در صورت کاهش حجم منفی در نظر گرفته می شود) در نظر گرفته می شوند.
روش تشت تبخیر
از روی آمار تشت تبخیر نیز می توان مقدار تبخیر از سطح آب را از معادله زیر تخمین زد.
در این معادله E تبخیر از سطح آزاد آب در مخازن یا دریاچه ها، EPan مقدار تبخیر از تشت و K ضریب ثابتی است که مقدار آن برای تشت تبخیر استاندارد کلاس A (امریکایی) بین 0/58 تا 0/780 (به طور متوسط 0/7) می باشد.
ضریب تشت تبخیر برای ماه های مختلف سال را می توان از جدول زیر تخمین زد. ملاحظه می شود که مقدار ضریب تشت در ماه های زمستان کم و در ماه های گرم سال به دلیل جذب حرارت خورشید توسط توده آب دریاچه ها و در نتیجه بالا رفتن مقدار تبخیر از سطح آزاد آب این ضریب بزرگتر می شود که این تفاوت زیاد چشمگیر نمی باشد.
آنچه در مورد معادله بالا گفته شد مربوط به تبخیر از تشت کلاس A می باشد و اگر آمار تبخیر مربوط به نوعی دیگری از تشت باشد برای آن صادق نخواهد بود. هر چند در ایستگاه های هواشناسی ایران تبخیر تنها با استفاده از تشت کلاس A اندازه گیری می شود اما در مطالعات هیدرولوژی داده های تشت ممکن است از سه نوع باشد که عبارتند از: تشت استاندارد انگلیسی، تشت کلاس A (استاندارد امریکایی) و تشت استاندارد روسی.
تشت نوع انگلیسی و روسی در داخل خاک نصب می شوند حال آنکه تشت کلاس A روی سکوی چوبی و در سطح زمین کار گذاشته می شود. مزیت تشت کلاس A این است که اگر تشت سوراخ شده باشد به سادگی قابل رویت و تعمیر است ولی چون سطح آب در آن در فاصله ای بالاتر از سطح زمین قرار گرفته است به دلیل بیشتر بودن سرعت باد در ارتفاع بالاتر، تبخیر حاصله از تشت کمی بیشتر از مقدار واقعی تبخیر است. جنس این تشت از آهن گالوانیزه است و به دلیل گرم شدن باعث افزایش درجه حرارت آب می شود که آن نیز موجب افزایش تبخیر می گردد. ابعاد هر یک از انواع تشت ها در شکل زیر داده شده است. تجربه نشان داده است که نسبت تبخیر از تشت روسی یا انگلیسی به مقدار تبخیر از تشت کلاس A امریکایی حدود 0/78 می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که مقدار تبخیر از تشت روسی یا انگلیسی تقریبا معادل مقدار تبخیر از سطح آزاد آب می باشد. مشکل اساسی در این تشت ها آن است که به دلیل قرار گرفتن در زیر زمین نمی توان از سوراخ نبودن آنها اطمینان پیدا کرد.
معادله های تجربی
کوشش های زیادی به عمل آمده است تا فرمول ها و معادله های عملی و ساده ای برای تخمین تبخیر از سطح آزاد آب ارائه شود. از جمله فرمول های ارائه شده که در کارهای هیدرولوژی از آنها استفاده می شوند عبارتند از:
در این فرمول E تبخیر از سطح آزاد آب (میلی متر در روز)، es و ed به ترتیب فشار بخار اشباع و فشار واقعی بخار آب (بر حسب میلی متر جیوه) و es – ed کمبود فشار بخار و U2 سرعت متوسط روزانه باد در ارتفاع 2 متری از سطح زمین (بر حسب میل در روز) می باشد. برای استفاده در معادله بالا لازم است ابتدا مقدار es – ed که به نام کمبود فشار بخار معروف است محاسبه شود. کمبود فشار بخار با در دست داشتن متوسط دمای روزانه (T) و متوسط رطوبت نسبی (RH) از معادله زیر قابل محاسبه است.
در این فرمول T بر حسب درجه سلسیوس، RH بر حسب درصد و es – ed بر حسب کیلو پاسکال می باشد.
معادله تجربی دیگری نیز برای محاسبه تبخیر وجود دارد که در آن از روش انتقال مواد برای محاسبه تبخیر آب از سطح مخازن و یا دریاچه سدها استفاده شده است. این معادله که در زیر شرح داده شده است برای مخازنی که سطح آنها از 0/5 هکتار تا 12000 هکتار بوده است مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج آن مطلوب بوده است.
در این رابطه E تبخیر از سطح آب (میلی متر در روز)، A مساحت سطح مخزن آب یا دریاچه (متر مربع)، U2 سرزعت باد در ارتفاع 2 متری از سطح زمین (متر در ثانیه) و es و ed به ترتیب فشار بخار اشباع در روز یا دوره مورد نظر و فشار واقعی بخار آب در روز یا دوره مورد نظر (میلی بار) می باشد. es – ed (کمبود فشار بخار) بستگی به دما و رطوبت نسبی دارد.
علاوه بر معادله های فوق فرمول ها و معادلات تجربی دیگری نیز برای محاسبه تبخیر از سطح مخازن و دریاچه ها ارائه شده است که بعضا در طرح های هیدرولوژی مورد استفاده قرار می گیرند. این فرمول ها کلا بر اساس کمبود فشار بخار (es – ed) یا معادله دالتون استوار می باشند. در معادلات زیر es و ed به ترتیب فشار بخار اشباع و فشار بخار واقعی بر حسب میلی متر جیوه و سرعت باد (U) بر حسب کیلومتر در ساعت در ارتفاع 2 متری از سطح زمین می باشد که در این صورت E بر حسب میلی متر در روز به دست می آید.
فرمول مایر
در فرمول مذکور مقدار C ضریبی است که برای دریاچه ای عمیق 0/36 و برای دریاچه های کم عمق 0/5 در نظر گرفته می شود.
فرمول دفتر عمران امریکا (USBR)
در این معادله t متوسط ماهانه دمای هوا بر حسب درجه سانتی گراد و E بر حسب میلی متر در ماه می باشد. مشاهده می شود که این فرمول بسیار کلی و فقط بر اساس درجه حرارت می باشد.
فرمول هفنر
فرمول شاهتین
فرمول مارسیانو
به طوری که ملاحظه می شود در صورت اطلاع از دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد می توان تبخیر از سطح آزاد آب را به صورت تجربی تخمین زد.