Evaporation 4 slides
- 1. ี การสูญเสยทางอุทกวิทยา อุทกวิทยา (Hydrology) (Hydrologic Abstractions) ่ ั เป็ นทีแน่ชดว่า ปริมาณนํ้ าจากอากาศ หรือ นํ้ าฝน เมือตก ่ การระเหยและการคายนํา ้ ่ ื้ ่ ี่ ่ ลงสูพนโลกแล ้ว จะไหลบ่าลงสูทตําและกลายเป็ นปริมาณ (EVAPORATION AND TRANSPRIRATION) นํ้ าท่าไหลในแม่นํ้า ่ ่ ื้ แต่ปริมาณนํ้ าฝนทีตกลงสูพนโลกทังหมด อาจไม่สามารถ ้ เปลียนแปลงเป็ นปริมาณนํ้ าท่าได ้ 100% ่ กระบวนการทีทําให ้เกิดการสูญหายไปของนํ้ าฝนก่อน ่ เหลือกลายเป็ นปริมาณนํ้ าท่า คือ “การสูญเสียทางอุทก วิทยา” หน้า 2 ี การสูญเสยทางอุทกวิทยา Hydrologic Abstractions (Hydrologic Abstractions) Rainfall ปริมาณการสูญเสียทางอุทกวิทยาทีสําคัญประกอบด ้วย ่ • การดักของพืช (Interception) • การขังตามหลุม บ่อ หรือทีลมพืนที่ (Surface storage or ่ ุ่ ้ depression storage) • การซึมผ่านผิวดิน (Infiltration) • การระเหย (Evaporation) Abstracted • การคายระเหย (Evapotraspiration) ปริมาณนํ้ าฝนทังหมดทีตก เมือหักปริมาณการสูญเสีย ้ ่ ่ ่ เรียกว่าปริมาณนํ้ าฝนส่วนเกิน (Rainfall excess) ซึงจะมีผล ต่อการเกิดปริมาณนํ้ าท่าต่อไป Runoff หน้า 3 หน้า 4 1
- 2. การด ักของพืช การข ังตามหลุมตามบ่อ (Interception) (Depression storage) หน้า 5 หน้า 6 ึ การซมผ่านผิวดิน (Infiltration) ้ องค์ประกอบของเนือหา ปริมาณนํ้ าฝนเมือตก่ การระเหย (evaporation) ่ ื้ ลงสูพนดินแล ้ว นํ้ า การคายนํ้ า (transpiration) บางส่วนจะสูญเสียไป การคายนํ้ ารวมการระเหย (evapotranspiration) จากการซึมลงไปในดิน Infiltration คือ การ ซึมผ่านผิวดินของนํ้ าลง ไปในดิน หน้า 7 หน้า 8 2
- 3. การระเหยในว ัฏจ ักรของนํา ้ การระเหยในว ัฏจ ักรของนํา ้ ในวัฏจักรของนํ้ า การระเหยสามารถเกิดขึนได ้ตลอดเวลา ้ ในทุกกระบวนการของวัฏจักรของนํ้ า เช่น • การระเหยทีเกิดขึนขณะทีนํ้าจากอากาศกําลังตกลงสูพนโลก ่ ้ ่ ่ ื้ • การระเหยจากทะเลมหาสมุทร • การระเหยจากนํ้ าทีค ้างหรือเก็บกักด ้วยต ้นไม ้ใบหญ ้า ่ • การระเหยจากแหล่งนํ้ าจืด 2 • การระเหยจากดิน • การระเหยจากการคายนํ้ าของพืช 4 5 1 3 หน้า 9 หน้า 10 การระเหยในว ัฏจ ักรของนํา ้ การระเหยในว ัฏจ ักรของนํา ้ ในการศึกษาด ้านอุทกวิทยา มีความจําเป็ นต ้องศึกษาการ ดังนันปริมาณการระเหยในทางอุทวิทยาจึงพิจารณาเฉพาะ ้ ระเหยเพือนํ าไปวิเคราะห์ปริมาณนําฝนส่วนเกินทีจะตกลง ่ ้ ่ ่ ้ ่ ปริมาณการระเหยทีเกิดระหว่างสถานีตรวจวัด ถึงพืนดิน ซึง ้ บนพืนโลก ทีสามารถทําให ้เกิดปริมาณนํ้ าท่าได ้ ่ ครอบคลุมการระเหยต่อไปนี:้ • การระเหยจากนํ้ าทีค ้างหรือเก็บกักด ้วยต ้นไม ้ใบหญ ้า ่ • การระเหยจากพืนดิน ้ นักอุทกวิทยาใช ้ข ้อมูลปริมาณนํ้ าฝนทีวัดได ้จากสถานีวัด ่ • การคายระเหยและการคายนํ้ าของพืช นํ้ าฝนไปวิเคราะห์ปริมาณนํ้ าฝนส่วนเกิน • การระเหยจากผิวนํ้ าจืด เช่น หนองนํ้ า บึง และอ่างเก็บนํ้ า การระเหยต่อไปนีจะไม่นํามาพิจารณา ้ อย่างไรก็ตามการวัดนํ้ าฝนจะวัดเหนือ • ่ การระเหยโดยตรงจากเม็ดฝน ซึงเกิดขึนขณะทีนํ้าจากอากาศ ้ ่ พืนดินเพียงตามระยะของเครืองมือ (ไม่ก ี่ ้ ่ ่ ื้ กําลังตกลงสูพนโลก ฟุต) • การระเหยจากทะเลมหาสมุทร หน้า 11 หน้า 12 3
- 4. การระเหยในว ัฏจ ักรของนํา ้ การระเหย (Evaporation) นอกจากการระเหยจะใช ้ในการวิเคราะห์ปริมาณนํ้ าฝน กระบวนการระเหย ส่วนเกินเพือประเมินปริมาณนํ้ าท่าแล ้ว ่ คือ การทีนํ้าในสถานะ ่ • บางครังปริมาณการระเหยของนํ้ าจะเป็ นแฟคเตอร์ทสําคัญในการ ้ ี่ ของเหลวเปลียน ่ ตัดสินใจเกียวกับการออกแบบอ่างเก็บนํ้ าในพืนทีทรกันดารหรือ ่ ้ ่ ุ แห ้งแล ้ง (arid region) สถานะกลายเป็ นไอนํ้ า (water vapor) • การระเหยและการคายนํ้ า (การคายระเหย) จะเป็ นดรรชนีบอกถึง ่ ้ การเปลียนแปลงหรือการลดความชืนในลุมนํ้ า และเป็ นแฟคเตอร์ ่ ทางด ้านอุทกวิทยานันการระเหยหมายถึง อ ัตราการ ้ ทีสําคัญทีใช ้ในการคํานวณความต ้องการนํ้ าของพืชทีปลูกใน ่ ่ ่ โครงการชลประทานต่าง ๆ เปลียนแปลงปริมาณไอนําหรือโมเลกุลของนําสุทธิไปสู่ ่ ้ ้ บรรยากาศ หน้า 13 หน้า 14 การระเหย (Evaporation) แฟคเตอร์ควบคุมกระบวนการระเหย ในสภาพธรรมชาติ บริเวณผิวนํ้ า อัตราการระเหยนํ้ าขึนอยูกบแฟคเตอร์ทสําคัญ 2 ประการ ้ ่ ั ี่ กับบรรยากาศนันจะมีการ ้ คือ แลกเปลียนโมเลกุลของนํ้ า ่ • แฟคเตอร์เกียวกับอุตนยมหรือสภาพลมฟ้ าอากาศ ่ ุ ิ ตลอดเวลา (Meteorological factors) • มีทงการระเหย (โมเลกุลของ ั้ ่ นํ้ าหลุดออกสูบรรยากาศ) • และการกลันตัว (โมเลกุลของ ่ • แฟคเตอร์เกียวกับลักษณะของผิวทีมการระเหย ่ ่ ี ่ ิ นํ้ าจากบรรยากาศกลับคืนสูผว (Nature of evaporation surface) นํ้ า) การระเหยจะหยุดก็ตอเมืออัตรา ่ ่ การระเหยเท่ากับการกลั่นตัว หน้า 15 หน้า 16 4
- 5. แฟคเตอร์เกียวก ับอุตนยมวิทยา ่ ุ ิ แฟคเตอร์เกียวก ับอุตนยมวิทยา ่ ุ ิ (Meteorological factors) (Meteorological factors) เนืองจากการระเหยของ ่ อัตราการระเหยยังขึนอยูกบแฟคเตอร์อน ๆ อีกคือ ้ ่ ั ื่ นํ้ าเป็ นกระบวนการ solar radiation • ความเร็วลม แลกเปลียนพลังงาน ่ • อุณหภูมของอากาศ ิ รังสีแสงอาทิตย์ (solar radiation) จึงเป็ นแฟคเตอร์ • ความดันไอนํ้ า ทีสําคัญมากทีสดต่อการ ่ ่ ุ evaporation • และอาจขึนอยูกบ ้ ่ ั ่ ระเหย ซึงมีการเปลียนแปลง ่ ความดันบรรยากาศอีกด ้วย ตาม: • ละติจด ู • ฤดูกาล • เวลาของวัน • และสภาพของท ้องฟ้ า หน้า 17 หน้า 18 แฟคเตอร์เกียวก ับล ักษณะของผิวทีมการระเหย ่ ่ ี ข้อคิด - ทําไมอากาศอิมต ัว ่ (Nature of evaporation surface) ความร ้อน พืนผิวต่าง ๆ ทีได ้รับนํ้ าฝนโดยตรง เช่น พืนดิน พืนหญ ้า ้ ่ ้ ้ • ทําให ้โมเลกุลของนํ้ าเคลือนทีเร็วจนชนะแรงยึดเหนียวหลุดสู่ ่ ่ ่ พืนถนน หรืออาคาร จะเป็ นผิวทีการระเหยมีโอกาสเกิดขึน ้ ่ ้ บรรยากาศ (การระเหย) เต็มที่ เนืองจากพืนทีดังกล่าว สามารถรับแสงแดดได ้เต็มที่ ่ ้ ่ อากาศอิมตัว ่ • เมือโมเลกุลของนํ้ าเต็มความจุของอากาศจะกลันตัว ่ ่ อัตราการระเหยบนพืนผิวทีมนํ้านัน จะมีจํานวนจํากัดโดย มี ้ ่ ี ้ การลดอุณหภูม ิ ค่าไม่เกินจํานวนนํ้ าฝนทีต ้องการทําให ้ผิวดังกล่าวอิมตัวด ้วย ่ ่ • อากาศเย็นทําให ้เกิดการควบแน่นได ้ดีกว่าอากาศร ้อน นํ้ า (ศักยภาพในการรับนํ้ าของแต่ละพืนผิว) ้ เนืองจากโมเลกุลของไอนํ้ าเย็นมี ่ พลังงานน ้อยกว่า จึงสูญเสีย ความเร็วและเปลียนสถานะเป็ น ่ ของเหลวได ้ง่าย หน้า 19 หน้า 20 5
- 6. แฟคเตอร์เกียวก ับล ักษณะของผิวทีมการระเหย ่ ่ ี (Nature of evaporation surface) การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ อัตราการระเหยจะมีคามากในระยะเริมต ้น ่ ่ เนืองจากอ่างเก็บนํ้ า มีวัตถุประสงค์หลักในการเก็บนํ้ าในฤดูฝน ่ ไว ้ใช ้ตลอดปี หรือไว ้ใช ้ในฤดูแล ้ง เมือการระเหยเกิดขึนต่อไปเรือย ๆ พืนผิว (ดิน) ก็จะเริม ่ ้ ่ ้ ่ ่ การสูญเสียของปริมาณนํ้ าไปโดยเปล่าประโยชน์จงเป็ นสิงที่ ึ แห ้ง อัตราการระเหยลดลงและอุณหภูมของดินจะสูงขึนเพือ ิ ้ ่ ต ้องพิจารณา รักษาการสมดุลของพลังงาน การสูญเสียจากการระเหยจากผิวนํ้ ามีความสําคัญมากอย่างหนึง ่ เมือถึงระยะเวลาหนึง การะเหยก็จะหยุดเพราะไม่มกรรมวิธ ี ่ ่ ี เนืองจากอ่างเก็บนํ้ ามีพนทีผวนํ้ ามาก ่ ื้ ่ ิ ่ ่ ึ ้ ่ ิ ทีจะดึงนํ้ าทีอยูลกลงไปขึนมาสูผวดิน เพือการระเหยได ้อีก ่ ่ ดังนันต ้องมีการคํานวณหาอัตราการระเหยเพือให ้ทราบปริมาณ ้ ่ นํ้ า เพือวางแผนบริหารนํ้ า หรือจ่ายนํ้ าได ้อย่างเพียงพอทังปี ่ ้ หน้า 21 หน้า 22 อ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การวัดการระเหยโดยตรงในสนามอาจจะกระทําได ้ยากหรือ ่ เป็ นไปไม่ได ้เลย ซึงไม่เหมือนกับการวัดระดับนํ้ าของแม่นํ้า หรือปริมาณนํ้ าฝน ดังนันจึงมีผู ้เสนอวิธการต่างๆ ในการคํานวณการระเหยจาก ้ ี อ่างเก็บนํ้ า ดังนี้ • หลักดุลยภาพของนํ้ า (Water Budget Determination) • หลักดุลยภาพของพลังงาน (Energy Budget Determination) • วิธ ี Aerodynamic • ใช ้ข ้อมูลถาดวัดการระเหยและข ้อมูลอุตนยมวิทยาทีเกียวข ้อง ุ ิ ่ ่ หน้า 23 หน้า 24 6
- 7. การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ วิธนจะใช ้หลักการของสมดุลของนํ้ า (water budget) คือ ี ี้ สมการทีใช ้ในการวิเคราะห์คอสมการต่อเนือง ่ ื ่ นํ้ าจะไม่การสูญหาย แต่จะมีการเปลียนสถานะและเปลียน ่ ่ S Inflow Outflow E ( S1 S 2 ) I P O Og ตําแหน่งทีอยู่ ่ S ( I P ) (O Og E ) ่ ่ึ ข ้อมูลทีจําเป็ นในการวิเคราะห์ซงต ้องตรวจวัดได ้จากอ่าง E I P O O g ( S ) S ( S 2 S1 ) เก็บนํ้ า (สมมติฐานคือ ข ้อมูลต่างๆ วัดได ้จริง) • ปริมาตรนํ้ าทีมอยูในอ่างเก็บนํ้ า (storage, S) ่ ี ่ Inflow (I) Evaporation (E) Precipitation (P) • ปริมาณนํ้ าทีไหลเข ้าอ่าง (surface inflow, I) ่ Outflow • ปริมาณนํ้ าทีไหลออกจากอ่าง (surface outflow, O) ่ S = S2-S1 (O) • ้ การรั่วซึมลงไปในดินชันล่าง (subsurface seepage, Og ) • และปริมาณนํ้ าฝน (Precipitation, P) Storage (S) Outflow Seepage (Og) (O) หน้า 25 หน้า 26 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ทฤษฎีวธนดเหมือนว่าเป็ นวิธทงายมาก แต่ในทางปฏิบต ิ ิ ี ี้ ู ี ี่ ่ ั ความผิดพลาดจากการประเมินค่าปริมาณนํ้ าฝน (P ) ่ ่ นันจะไม่คอยได ้ค่าทีเชือถือได ้มากนัก ้ ่ • จะไม่คอยมีปัญหามากนัก ่ − ถ ้าพิจารณาค่าเฉลียความลึกนํ้ าฝนทีสถานีตางๆ ทีตงอยูบนฝั่ งรอบๆ อ่าง ่ ่ ่ ่ ั้ ่ เก็บนํ้ า เป็ นค่าความลึกนํ้ าฝนทีตกลงมาในอ่างฯ ่ การคํานวณด ้วยวิธนจะมีความถูกต ้องสูงเมือ ค่าต่างๆ ใน ี ี้ ่ • แต่ความผิดพลาดยังคงมีเนืองจาก ่ − ไม่มการติดตังสถานีวดนํ้ าฝนรอบอ่างโดยตรงเนื่องจาก ี ้ ั สมการต่อเนือง (I, P, Og, O, S) สามารถวัดได ้โดยตรง ่ – ทําได ้ยาก และสินเปลืองค่าใช ้จ่ายมาก ้ − แม ้มีการติดตังสถานี แต่ในกรณีทภมประเทศรอบ ๆ อ่างมีลกษณะสูงชัน ้ ี่ ู ิ ั มากเกินไป แต่ในทางปฏิบัตไม่สามารถวัดค่าต่างๆ ได ้โดยตรง ดังนัน ิ ้ – การใช ้ข ้อมูลนํ้ าฝนเฉลียจากสถานีรอบ ๆ อ่าง อาจคลาดเคลือนได ้ ่ ่ การคํานวณด ้วยวิธนจะมีความผิดพลาดตามไปด ้วย ี ี้ − ถ ้าพืนทีผวนํ้ าของอ่างเก็บนํ้ ามีขนาดใหญ่มาก ้ ่ ิ – อาจทําให ้ลักษณะสภาพอากาศผิดแผกจากภูมประเทศรอบ ๆ ิ – ปริมาณนํ้ าฝนโดยรอบไม่สามารถเป็ นตัวแทนฝนตกในอ่างได ้ หน้า 27 หน้า 28 7
- 8. การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ความผิดพลาดจากการประเมินปริมาณนํ้ าไหลเข ้าอ่างฯ (I ) ความผิดพลาดจากการวัดอัตราการรั่วซึม (Og ) • จะมีความถูกต ้องสูงถ ้าปริมาณนํ้ าไหลเข ้าอ่างวัดค่าได ้ • ้ อัตราการรั่วซึมลงไปในดินชันล่างจะคํานวณจากการวัดระดับนํ้ า − ต ้องมีการตังสถานีวดนํ้ าท่าในทุกจุดทีนํ้าไหลเข ้าอ่างฯ ้ ั ่ ใต ้ดินและค่า permeability ของดิน − ่ ซึงมีความผิดพลาดค่อนข ้างสูง • จะมีความผิดพลาดเมือไม่สามารถวัดนํ้ าไหลเข ้าอ่างได ้โดยตรง ่ ความผิดพลาดจากการวัดปริมาณนํ้ าไหลออก (O ) − ต ้องประเมินโดยใช ้หลักการทางอุทกวิทยา ซึงก่อให ้เกิดความ ่ • ขึนอยูกบความน่าเชือถือของสมการทีใช ้ในการคํานวณปริมาณ ้ ่ ั ่ ่ ่ คลาดเคลือนได ้ ซึงความคลาดเคลือนขึนอยูกบ: ่ ่ ้ ่ ั นํ้ าไหลออกทีอาคารทางออกต่างๆ ่ − Spillway – จํานวนเปอร์เซ็นต์ของพืนทีลมนํ้ าทีไม่มสถานีวดนํ้ า ้ ่ ุ่ ่ ี ั − River outlet ่ – ความเชือถือได ้ของโค ้งปริมาณนํ้ า (rating curve) หน้า 29 หน้า 30 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของนํา ้ ต ัวอย่าง ความผิดพลาดจากการประเมิน ค่าการเปลียนแปลง ่ ณ ต ้นเดือนมิถนายน ุ ปริมาตรเก็บกัก ( S ) • อ่างเก็บนํ้ าแห่งหนึง มีระดับนํ้ าอยูทระดับ 160 ม.รทก. ่ ่ ี่ • ขึนอยูกบความถูกต ้องในการเก็บข ้อมูลระดับขึนลงของนํ้ าในอ่าง ้ ่ ั ้ • มีนํ้าไหลเข ้าอ่างเก็บนํ้ าด ้วยอัตราการไหล 2 ลบ.ม./วินาที • มีนํ้าไหลออกจากอ่างเก็บนํ้ าด ้วยอัตราการไหล 1 ลบ.ม./วินาที • จะมีความผิดพลาด 12 10 8 ้ ่ ิ ้ พืนทีผวนํา (ตร. กม.) 6 4 2 0 ถ ้าในเดือน มิ.ย. มีฝนตกลงอ่างเก็บนํ้ า 400 มม./เดือน น ้อย 168 ่ ้ ทําให ้ระดับนํ้ าในอ่างเก็บนํ้ าเพิมขึน 1 เมตร เมือสินเดือน มิ.ย. ่ ้ − ถ ้าหากว่าความสัมพันธ์ 166 ระหว่างระดับและพืนที่ ้ จงหาปริมาณนํ้ าทีระเหยไปจากอ่างเก็บนํ้ าในเดือน มิ.ย. ่ ระด ับ (ม.รทก.) 164 ผิวนํ้ า (stage area 162 ดังกล่าว relationship) นัน ้ • ในหน่วย ล ้านลูกบาศก์เมตร (ล ้าน ลบ.ม.) ถูกต ้องเพียงพอ 160 ปริมาตรเก็บกัก 158 พืนทีผวนํ้ า ้ ่ ิ • ไม่มปริมาณการรั่วซึมจากอ่างเก็บนํ้ า ี 156 154 0 5 10 15 20 25 30 35 40 หน้า 31 ปริมาตรเก็บก ัก (ล้าน ลบ.ม.) หน้า 32 8
- 9. ้ ่ โค้งพืนที-ระด ับ และโค้งความจุเก็บก ัก ของอ่างเก็บนํา้ วิธทา ี ํ ้ ่ ิ ้ พืนทีผวนํา (ตร. กม.) จากสมการ E ( S1 S 2 ) I P O Og 12 10 8 6 4 2 0 168 ระดับ ความจุอ่างฯ พืนทีผวนํ้า ้ ่ ิ • S1 = 2.89 ล ้าน ลบ.ม. I P O Og S 166 สะสม สะสม (ม. รทก.) (ล ้าน ลบ.ม.) (ตร. กม.) • S2 = 5.32 ล ้าน ลบ.ม. • I = 2 ลบ.ม./วิ = 5.18 ล ้าน ลบ.ม. ระด ับ (ม.รทก.) 164 156 0.000 0.000 157 0.107 0.214 162 158 0.536 0.644 • O = 1 ลบ.ม./วิ = 2.59 ล ้าน ลบ.ม. • A1 = 1.85 ตร.กม. 159 1.411 1.105 160 ปริมาตรเก็บกัก 160 2.893 1.859 158 พืนทีผวนํ้า ้ ่ ิ 161 162 5.322 8.819 3.000 3.994 • A2 = 3.00 ตร.กม. 156 163 13.528 5.425 • P = (ความลึกนํ้ าฝน * พืนทีผวอ่างฯ เฉลีย ระหว่างระดับ+160 ้ ่ ิ ่ และ +161 ม.รทก.) 164 19.713 6.946 165 27.447 8.521 154 0 5 10 15 20 25 30 35 40 166 36.627 9.839 1.85 3.00 0.4 ปริมาตรเก็บก ัก (ล้าน ลบ.ม.) = 2 = 0.97 ล ้าน ลบ.ม. แทนค่าสมการจะได ้การระเหยจากอ่าง (E) = 1.13 ล ้าน ลบ.ม. หน้า 33 หน้า 34 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน วิธการใช ้หลักดุลยภาพของพลังงานคํานวณหาปริมาณการ ี สมการสมดุลพลังงานมีรปแบบดังนี้ ู ระเหยก็คล ้ายๆ กับการใช ้หลักดุลยภาพของนํ้ า Qn Qh Qe Qz Qv • กล่าวคือ ใช ้สมการต่อเนืองในรูปของพลังงาน ่ Qn คือ รังสีสทธิจากดวงอาทิตย์ (net radiation) ของทุก ุ • และคํานวณหาปริมาณการระเหยจากปริมาณทีเหลือเพือรักษา ่ ่ คลืนความถีทถกดูดเก็บ (absorbed) โดยนํ้ า ่ ่ ี่ ู ดุลยภาพหรือการสมดุลของพลังงาน ่ Qh คือ sensible heat ทีถายกลับคืนสูบรรยากาศ ่ ่ ปั จจุบันการคํานวณปริมาณการระเหยด ้วยวิธนี้ ี Qe คือ พลังงานทีจําเป็ นต ้องใช ้ในการระเหย ่ • ส่วนมากจะใช ้เฉพาะในงานวิจัยและไม่ใช ้กว ้างขวางในกรณีทวๆั่ Qz คือ จํานวนพลังงานทีเพิมขึนและเก็บกักโดยนํ้ าในอ่าง ่ ่ ้ ไป Qv คือ พลังงานสุทธิท ี่ advect ลงไปในนํ้ าในอ่าง • นอกเสียจากว่าจะมีการปรับปรุงเครืองมือในการวัดข ้อมูลให ้ ่ พลังงานสุทธิของนํ้ าไหลเข ้าและไหลออกจากอ่างเรียกว่า ทันสมัยยิงขึน ่ ้ advected energy ทุกเทอมมีหน่วยเป็ นคาลอรีตอตารางเซนติเมตร ่ ่ หน้า 35 หน้า 36 9
- 10. การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ทําการจัดรูปสมการพลังงานใหม่ ทําให ้ได ้สมการการคํานวณ จากสมการ Qn Qv Qz ปริมาณการระเหย (E) ในหน่วย เซนติเมตร มีดังนี้ E H v 1 R Qn Qh Qe Qz Qv • Hv คือ ปริมาณความร ้อนทีมวลสารดูดเข ้าไป ่ Qn Qh Qe Qz Qv To T a p ในการเปลียนจากนํ้ าเป็ นไอ (latent heat of ่ R 0.61 . vaporization) eo ea 1000 • R คือ อัตราส่วนปริมาณความร ้อนทีสญเสีย ่ ู พบว่า โดยการนํ า (conduction) ต่อปริมาณความ • ค่าของ Qh นันทําการวัดหรือคํานวณได ้ยาก จึงนิยมใช ้อัตราส่วน ้ Qn Qv Qz ่ ู ่ ร ้อนทีสญเสียโดยการระเหย ซึงเรียกว่า โบเวนเพือจะตัดเทอม Qh ออกจากสมการพลังงาน ่ E อัตราส่วนโบเวน (Bowen ratio) H v 1 R • คือ density ของนํ้ า • โบเวนได ้พบว่าค่าคงทีในสมการ (R) นันมีคาอยูในช่วงระหว่าง 0.58 ่ ้ ่ ่ ถึง 0.66 • p คือ ความดันบรรยากาศ (มิลลิบาร์) ่ To Ta p − ซึงจะขึนอยูกบความมั่นคง (stability) ของบรรยากาศ ้ ่ ั R 0.61 . • Ta คือ อุณหภูมของบรรยากาศ (องศาเซลเซียส) ิ • และได ้สรุปว่าค่า 0.61 นีจะใช ้ในกรณีทสภาพบรรยากาศปกติทวไป ้ ี่ ั่ e o e a 1000 • ea คือ ความดันไอนํ้ าของบรรยากาศ (มิลลิบาร์) • ค่า Qn ประมาณได ้จากสมการต่อไปนี้ • To คือ อุณหภูมของผิวนํ้ า (องศาเซลเซียส) ิ • eo คือ ความดันไอนํ้ าทีจดอิมตัวเมืออุณหภูม ิ To ่ ุ ่ ่ หน้า 37 หน้า 38 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน จากสมการ Qn Qv Qz ค่ารังสีสทธิจากดวงอาทิตย์ (Qn) จะต ้องประมาณให ้ถูกต ้อง ุ E H v 1 R มากทีสด จากสมการ ่ ุ Qn Qs Qr Qa Qar Qo สมการรังสีสทธิจากดวงอาทิตย์ ุ สมการสมดุลนํ้ า (Water budjet) Qn Qs Qr Qa Qar Qo S 2 S1 I P O Qg E • ่ ้ Qs คือ รังสีคลืนสัน (shortwave radiation) จากดวงอาทิตย์และ ท ้องฟ้ าทีตกลงบนผิวนํ้ า ่ X (คูณด ้วย) • ่ ้ ่ Qr คือ รังสีคลืนสันทีสะท ้อนกลับออกไป • Qa คือ รังสีคลืนยาว (longwave radiation) ทีตกหรือปรากฏ ่ ่ ที่ อุณหภูมของนํ้ าในส่วนต่างๆ ิ ้ ชันบรรยากาศ • Qar คือ รังสีคลืนยาวทีสะท ้อนกลับออกไป ่ ่ 1 • Qo คือ รังสีคลืนยาวทีถกปล่อยออกมา (emitted longwave ่ ่ ู Qv Q z ( IT I PT p OT o Q gT g ET E S 1T 1 S 2T 2 ) radiation) A หน้า 39 หน้า 40 10
- 11. การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ด้วยหล ักดุลยภาพของพล ังงาน ค่าของ energy advection และ storage (เทอม Qv-Qz ในหน่วย อุณหภูมของนํ้ าฝนจะสมมุตเท่ากับอุณหภูมกระเปาะเปี ยก ิ ิ ิ คาลอรี/ตร. ซม.) คํานวณจากสมการ ่ ทุก ๆ เทอมในสมการสมดุลนํ้ า มี (wet-bulb temperature) สมการสมดุลนํ้ า (Water budjet) หน่วยเป็ น ลบ. ซม. S 2 S1 I P O Qg E เนืองจากพลังงาน (คาลอรี) ที่ ่ ่ สะสมต่อนํ้ าหนักหนึงกรัมของนํ้ า คือ ่ ่ ึ อุณหภูมของนํ้ าทีซมลงไปในดินจะสมมุตเท่ากับอุณหภูม ิ ิ ิ ผลคูณของความร ้อนจําเพาะ ของนํ้ าในอ่างทีลกทีสดหรือทีก ้นอ่าง ่ ึ ่ ุ ่ X (คูณด ้วย) (specific heat) และอุณหภูม ิ อุณหภูมของนํ้ าในส่วนต่างๆ ิ ถ ้าให ้ความหนาแน่นของนํ้ าและ ความร ้อนจําเพาะมีคาเท่ากับ 1 ก็จะ ่ (TI , T p , To , Tg , TE , T1 , T2 ) ได ้ ส่วนอุณหภูมของนํ้ าทีระเหยจะเป็ นอุณหภูมของนํ้ าทีผวนํ้ า ิ ่ ิ ่ ิ ในอ่างนั่นเอง 1 Qv Q z ( IT I PT p OT o Q gT g ET E S 1T 1 S 2T 2 ) A TI, TP …คือ อุณหภูมในส่วนต่างๆ (องศาเซลเซียส) ิ หน้า 41 A คือ พืนผิวนํ้ าของทะเลสาบหรืออ่างเก็บนํ้ า (ตร.ซม.) ้ หน้า 42 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยวิธ ี Aerodynamic ด้วยวิธ ี Aerodynamic การพัฒนาสมการแบบ turbulent-transport นันมาจาก ้ สมการทีคดค ้นขึนโดย Sverdrup และ Sutton นํ าเอาไป ่ ิ ้ แนวความคิดพืนฐานสองวิธด ้วยกันคือ ้ ี ตรวจสอบความถูกต ้องทีทะเลสาบเฮฟเน่อร์ (Hefner) และ ่ • การผสมไม่ตอเนือง (discontinuous) หรือ mixing-length ่ ่ ทะเลสาบมี๊ ด (Mead) − ่ ซึงเกิดจากแนวความคิดของ Prandtl และ Schmidt • การผสมแบบต่อเนือง (continuous mixing) ่ • สมการให ้ผลเป็ นทีน่าพอใจทีทะเลสาบเฮฟเน่อร์ ่ ่ − ่ ซึงเป็ นแนวคิดของ Taylor ต่อจากนันได ้มีการทบทวนนํ าเอาวิธทังสองนีไปใช ้โดยเริม ้ ี ้ ้ ่ • แต่ไม่ถกต ้องเพียงพอเมือไปใช ้กับทะเลสาบมี๊ ด ู ่ เตรียมการทดลองล่วงหน ้าทีทะเลสาบเฮฟเน่อร์ (Hefner) ่ และทะเลสาบมี๊ ด (Mead) หน้า 43 หน้า 44 11
- 12. การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ด้วยวิธ ี Aerodynamic ด้วยวิธ ี Aerodynamic สมการเอมไพริกลต่าง ๆ ทีพัฒนาขึนจะพิจารณาการระเหยเป็ น ั ่ ้ สูตรเอมไพริกบหลายสูตรด ้วยกันทีพัฒนาขึนโดยใช ้ข ้อมูล ั ่ ้ ั่ ฟั งก์ชนกับส่วนย่อย ๆ ของบรรยากาศและจะมีแนวทางคล ้าย ๆ กับ ทีรวบรวมจากทะเลสาบเฮฟเน่อร์อาทิเช่น ่ วิธการ turbulent-transport ในบางส่วน ี ยกตัวอย่างสมการของ Dalton ทีใช ้คํานวณการระเหยดังนี้ ่ E 0.00304(eo e2 )V4 E eo ea a bV E 0.00241(eo e8 )V8 E 0.00271(eo e2 )V4 • e0 คือ ความดันไอนํ้ าทีผวนํ้ า ่ ิ ในบางกรณีใช ้ค่าความดันไอนํ้ าทีจดอิมตัว เมืออุณหภูม ิ ่ ุ ่ ่ • E คือ ปริมาณการระเหย (นิวต่อวัน) ้ เท่ากับอุณหภูมของอากาศ ิ • e คือ ความดันไอนํ้ า (นิวของปรอท) ้ • ่ ุ ่ ea คือ ความดันไอนํ้ าทีจดซึงมีความสูงคงทีจากผิวนํ้ า ่ • V คือ ความเร็วลม (ไมล์ตอวัน) ่ หรือทีจดในอากาศทีอยูเหนือผิวนํ้ า ่ ุ ่ ่ • ตัวเลข subscripts ต่าง ๆ คือ ความสูงทีอยูเหนือผิวนํ้ า (เมตร) ่ ่ • V คือ ความเร็วลมทีจดสูงคงทีจดหนึง ่ ุ ่ ุ ่ หน้า 45 หน้า 46 การคํานวณการระเหยจากอ่างเก็บนํา ้ ้ ้ คํานวณการระเหยโดยใชขอมูลจากถาดว ัดการ ด้วยวิธ ี Aerodynamic ระเหยและข้อมูลอุตนยมวิทยาต่างๆ ุ ิ ถ ้าหากว่า ถาดวัดการระเหย (pan evaporation) • ความดันไอนํ้ ามีหน่วยเป็ นมิลลิบาร์ • เป็ นเครืองมือวัดการระเหยทีนยมใช ้กันมากทีสดในปั จจุบน ่ ่ ิ ่ ุ ั • ความเร็วลมมีหน่วยเป็ นเมตรต่อวินาที • ข ้อมูลทีได ้จากถาดวัดการระเหยจะนํ าไปใช ้งานออกแบบ ่ • และปริมาณการระเหยมีหน่วยเป็ นมิลลิเมตรต่อวัน จะได ้ ทางด ้านอุทกวิทยาและการจัดการโครงการพัฒนาแหล่งนํ้ าต่างๆ E 0.122(eo e2 )V4 E 0.097(eo e8 )V8 ถึงแม ้ว่าถาดวัดการระเหย E 0.109(eo e2 )V4 ยังเป็ นทีวพากษ์ วจารณ์ ่ ิ ิ สมการแรกให ้ผลการคํานวณดีทสดทีทะเลมี๊ ด ี่ ุ ่ เกียวกับความถูกต ้องทาง ่ และเหตุผลประกอบหลายประการจึงเชือว่าเป็ นวิธทดสําหรับ ่ ี ี่ ี ด ้าน theoretical grounds ประยุกต์ใช ้ในกรณีท่วไป ั ก็ตาม หน้า 47 หน้า 48 12
- 13. ้ ้ คํานวณการระเหยโดยใชขอมูลจากถาดว ัดการ ้ ้ คํานวณการระเหยโดยใชขอมูลจากถาดว ัดการ ระเหยและข้อมูลอุตนยมวิทยาต่างๆ ุ ิ ระเหยและข้อมูลอุตนยมวิทยาต่างๆ ุ ิ อัตราการระเหยจากถาดวัดการระเหย ขึนอยูกบ ้ ่ ั อัตราการระเหยจากถาดวัดการระเหย ขึนอยูกบ ้ ่ ั • ขนาด • สี − เนื่องจากสีดําจะดูดพลังงานความร ้อนไว ้ได ้มากกว่าสีออน ่ − โดยทั่วไปการระเหยจากถาดขนาดใหญ่จะมากกว่าจากถาดขนาดเล็ก − ้ ่ ี ี ดังนันการระเหย จากถาดทีมสดําจะมากกว่าการระเหยจากถาดขนาด อย่างเห็นได ้ชัด ี ี ่ เดียวกันแต่มสออนกว่า ้ – ถ ้าความชืนสัมพัทธ์ของอากาศตํา ่ • วัสดุทใช ้ทําถาด ี่ − ความแตกต่างระหว่างอัตราการระเหยจากถาดทีมขนาดไม่เท่ากันจะลด ่ ี − การระเหยจากถาดทีทําด ้วยทองแดงจะมากกว่าถาดทีทําด ้วย ่ ่ น ้อยลง อะลูมเนียม ิ ้ – แต่ถ ้ามีความชืนสัมพัทธ์ของอากาศเพิมขึน่ ้ – ถ ้าในบริเวณรอบ ๆ ถาดวัดการระเหยมีการปลูกต ้นไม ้ จะควบคุม ้ ให ้มีความชืนสัมพันธ์คอนข ้างสูงอยูเสมอ ่ ่ หน้า 49 หน้า 50 ้ ้ คํานวณการระเหยโดยใชขอมูลจากถาดว ัดการ ระเหยและข้อมูลอุตนยมวิทยาต่างๆ ุ ิ ชนิดของถาดว ัดการระเหย อัตราการระเหยจากถาดวัดการระเหย ขึนอยูกบ ้ ่ ั ถาดวัดระเหย อาจแบ่งออกได ้เป็ น 3 ชนิด คือ • ระดับนํ้ าในถาด − ถาดทีมระดับนํ้ าอยูตํากว่าจะมีการระเหยมากกว่าถาดทีนํ้าลึก ่ ี ่ ่ ่ • ชนิดฝั งดิน (sunken pan) – ทังนี้เพราะผิวนํ้ าของถาดทีมระดับนํ้ าตํ่ากว่าจะได ้รับความ ้ ่ ี • ชนิดลอยอยูเหนือนํ้ า (floating pan) ่ กระทบกระเทือนจากความปั่ นป่ วนของลมทีพดผ่านมากกว่า ่ ั • ชนิดอยูบนผิวดิน (surface pan) ่ – นอกจากนันขอบของถาดยังมีอณหภูมสง เนื่องจากทีผวทีสมผัส ้ ุ ิ ู ่ ิ ่ ั กับแสงแดดและบรรยากาศมากกว่า อุณหภูมของนํ้ าในถาดทีมนํ้า ิ ่ ี ตืนจะสูงกว่า ้ − ถึงอย่างไรก็ตาม การเปลียนแปลงระดับนํ้ าในถาดนันจะมีผลต่ออัตรา ่ ้ การระเหยของถาดทีวางอยูบนดินหรืออยูเหนือผิวดินมากกว่าถาดทีฝัง ่ ่ ่ ่ ไว ้ในดิน หน้า 51 หน้า 52 13
- 14. ชนิดฝังดิน (sunken pan) Floating Pan ข ้อดี • สามารถขจัดอุปสรรคอันเกิดจาก boundary effect อาทิเช่น − รังสีแสงอาทิตย์ทกระทบและสะสมทีผนังถาด ี่ ่ − การแลกเปลียนความร ้อนระหว่างบรรยากาศกับตัวถาด ่ ข ้อเสีย • มีโอกาสทีขยะมูลฝอยจะลงไปในถาดทําให ้ลดอัตราการระเหยลงได ้ ่ • การติดตังโดยการฝั งลงไปในดินทําได ้ยาก ้ • การล ้างหรือซ่อมแซม และการตรวจพบการรั่ว ทําได ้ยาก • หญ ้าและวัชพืช เป็ นอุปสรรคต่อ ความละเอียดถูกต ้อง • การแลกเปลียนความร ้อน ่ ระหว่างถาดกับดิน หน้า 53 หน้า 54 ชนิดลอยอยูเหนือนํา (floating pan) ่ ้ ชนิดอยูบนผิวดิน (surface pan) ่ ข ้อดี ถาดวัดการระเหยชนิดทีวางบนผิวดินหรือวางเหนือระดับผิว ่ • ค่าการระเหยจากถาดวัดการระเหยทีลอยอยูในอ่างเก็บนํ้ านันจะ ่ ่ ้ ดินเล็กน ้อย ใกล ้เคียงกับปริมาณการระเหยจากอ่างเก็บนํ้ าจริง ๆ มากกว่า ข ้อดี ปริมาณการระเหยทีวัดจากถาดทีวางอยูบนดินรอบ ๆ อ่าง ่ ่ ่ • ประหยัดและง่ายในการติดตัง ้ ข ้อเสีย • การใช ้งานและการบํารุงรักษาสะดวกกว่าวิธอน ี ื่ • จะมีปัญหาเกียวกับ boundary effect มาก ่ ข ้อเสีย • ทําการวัดยากมาก เพราะจะต ้องใช ้เรือ • เกิดการสะสมรังสีแสงแดดของผนังถาดและเกิดการแลกเปลียน่ • การวัดจะมีอปสรรคถ ้าหากผิวนํ้ าปั่ นป่ วนมีคลืนมาก ุ ่ พลังงานความร ้อนระหว่างถาดกับบรรยากาศมากกว่าแบบฝั งดิน • การติดตังและการบํารุงรักษาจะแพงกว่าถาดวัดระเหยประเภทอืน ้ ่ การป้ องกันทีจะทําได ้ก็คอ การเคลือบผนังถาดด ้วยฉนวน ่ ื ปั จจุบันไม่นยมใช ้ถาดชนิดนี้ ิ หน้า 55 หน้า 56 14
- 15. ชนิดอยูบนผิวดิน (surface pan) ่ ถาด Class A Pan ถาดวัดการระเหยทีนยม ่ ิ ถาดวัดการระเหยประเภท Class A Pan • ทําด ้วยเหล็กอาบสังกะสีหรือโลหะทีทนต่อการผุกร่อน ่ ใช ้กันแพร่หลายและเป็ นที่ • เส ้นผ่าศูนย์กลาง 4 ฟุต ลึก 10 นิว ้ ยอมรับขององค์การอุตนยมุ ิ • วางบนแผงไม ้ตะแกรง โลกก็คอ ื • ก ้นถาดอยูเหนือระดับดินเดิมประมาณ 4 นิว ่ ้ • U.S. Weather Bureau Class A Pan • นํ้ าทีใส่ลงในถาดจะลึกประมาณ 8 นิว ่ ้ • ้ หรือเรียกสัน ๆ ว่า Class • เมือนํ้ าระเหยไปจนความลึกของนํ้ า ่ เหลือเพียง 7 นิว ก็จะต ้องเติมนํ้ าใหม่ ้ A Pan ให ้มีความลึก 8 นิว อย่างเดิม ้ 0.20 m หน้า 57 หน้า 58 ถาด Class A Pan ชนิดอยูบนผิวดิน (surface pan) ่ นอกจาก Class A Pan แล ้วยังมีถาดวัดการระเหยชนิดอืน ่ อีกมาก การใช ้ถาดวัดการระเหยควรจะใช ้แบบมาตรฐานและ ประเภทเดียวกัน เพือสะดวกในการเปรียบเทียบข ้อมูลการ ่ ระเหยทีวัดได ้ในทีตาง ๆ กัน ่ ่ ่ นอกจากนันยังทําให ้การเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิของ ้ ์ ปกติจะการวัดการระเหยทุกวัน ความลึกของการระเหยทีวัดได ้ต ้อง ่ ถาดมีความหมายดียงขึน ิ่ ้ มีการปรับ หน่วยการวัด - ความลึกของนํ้ าทีระเหยไป ่ โดยพิจ ารณาความลึก ของนํ้ าฝนที่ ตกและวัดได ้จากเครืองวัดนํ้ าฝนซึง ่ ่ โดยใช ้ของอ (hook gage) วัดระดับนํ้ าใน โดยมากจะติด ตั ง ควบคู่กั บ ถาดวั ด ้ stilling well หน้า 59 การระเหยอยูแล ้ว ่ หน้า 60 15
- 16. ั การปริมาณความสมพ ันธ์ระหว่างการระเหย ปริมาณการระเหยจากถาด จากถาดและแฟคเตอร์เกียวก ับอุตนยม ่ ุ ิ และแฟคเตอร์เกียวก ับอุตนยม ่ ุ ิ วัตถุประสงค์ของการหาความสัมพันธ์ดังกล่าวก็คอ ื ปริมาณการระเหยจากถาดสามารถคํานวณได ้จากสูตรเอม • เพือเพิมความรู ้เกียวกับการระเหย ่ ่ ่ ไพริกลของเพนแมน (Penman) ดังนี้ ั • เพือนํ าไปใช ้คํานวณหาข ้อมูลทีขาดหายไป ่ ่ คือ ค่าความลาดชันของเส ้นตรงทีได ้ ่ • เพือนํ าไปคํานวณหาข ้อมูลของสถานีทไม่ได ้ทําการวัดโดยถาด ่ ี่ E 1 Qn Ea จากการพล๊อตความดันไอนํ้ าอิมตัวกับ ่ วัดการระเหย อุณหภูม ิ ทีจดอุณหภูมอากาศเท่ากับ Ta ่ ุ ิ • เพือใช ้ในการทดสอบข ้อมูลทีได ้มาว่ามีความเชือถือและใช ้เป็ น ่ ่ ่ Ea คือ ปริมาณการระเหยจากอ่างทีคํานวณได ้จาก ่ E e o e a a bV ตัวแทนได ้มากน ้อยเพียงไร • เพือช่วยในการศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการระเหย ่ โดยสมมุตให ้อุณหภูมทผวนํ้ า To = Ta ิ ิ ี่ ิ ของนํ้ าในอ่างเก็บนํ้ าหรือทะเลสาบกับปริมาณการระเหยจากถาดวัด การระเหย Qn คือ รังสีสทธิจากดวงอาทิตย์ ซึงมีหน่วยเหมือนกับ ุ ่ ปริมาณการระเหย Qn Qs Qr Qa Qar Qo To Ta เป็ นค่าคงทีในสมการโบเวน หรือคํานวณได ้จากสูตร ่ R eo ea หน้า 61 หน้า 62 ปริมาณการระเหยจากถาด ขนตอนการคํานวณการระเหยจากถาด ั้ และแฟคเตอร์เกียวก ับอุตนยม ่ ุ ิ ด้วยวิธเพนแมน ี เพนแมนได ้ประยุกต์ หาค่า Ea จากรูปซ ้าย-บน สมการทีเสนอ ไปใช ้กับ ่ ข ้อมูลหลายสถานีทว ั่ เมือทราบค่า ่ ประเทศสหรัฐอเมริกา • อุณหภูมของอากาศ ิ อุณหภูมอากาศเฉลีย • อุณหภูมจดนํ้ าค ้าง ิ ุ ่ และทําการสร ้าง • และความเร็วลม รูปกราฟแสดง Ea ความสัมพันธ์ตาง ๆ ทีใช ้ ิ ่ ่ ในการประมาณค่าการ ระเหยจากถาดว ัดการ ระเหย หน้า 63 หน้า 64 16
- 17. ขนตอนการคํานวณการระเหยจากถาด ั้ ั ิ ์ สมประสทธิถาดว ัดการระเหย ด้วยวิธเพนแมน ี (Pan Coefficient) คํานวณหาปริมาณการระเหยจากถาด (E) จากกราฟรูป วิธดลยภาพของนํ้ าดุลยภาพของพลังงานและแอโร ี ุ ใหญ่ ไดนามิกส์เป็ นการคํานวณหาปริมาณการระเหยจากทะเลสาบ เมือทราบข ้อมูล ่ หรืออ่างเก็บนํ้ าโดยตรง รายวันดังนี้ • แต่เนืองจากว่ามีความยุงยากและต ้องใช ้ข ้อมูลมากจึงไม่เป็ นที่ ่ ่ อุณหภูมอากาศเฉลีย • อุณหภูมของ ิ นิยมใช ้ในการออกแบบทางอุทกวิทยาต่าง ๆ อากาศเฉลีย ่ การวัดการระเหยด ้วยถาดวัดการระเหยไม่คอยยุงยากหรือ ่ ่ • รังสี สินเปลืองค่าใช ้จ่ายมากนัก ้ ิ แสงอาทิตย์ • จึงเป็ นทีนยมในการนํ าข ้อมูลทีได ้จากถาดวัดการระเหยไปใช ้ ่ ิ ่ • ค่า Ea ประมาณหาค่าปริมาณการระเหยจากอ่างเก็บนํ้ า ่ • โดยการคูณค่าการระเหยทีวัดได ้จากถาด (Epan) ด ้วย ่ สัมประสิทธิของถาด (pan coefficient, Kpan) ์ Eres K pan E pan หน้า 65 ปริมาณการระเหยจากถาด (E) หน้า 66 ั ิ ์ ค่าสมประสทธิของถาดว ัดการระเหย ั ิ ์ ค่าสมประสทธิของถาดว ัดการระเหย แบบ Class A pan จากแหล่งต่างๆ แบบ Class A pan จากแหล่งต่างๆ (ต่อ) ช่วงปี ของ ช่วงเดือนของ สัมประสิทธิ์ ช่วงปี ของ ช่วงเดือนของ สัมประสิทธิ์ สถานที่ สถานที่ ข ้อมูล ปี Class A Pan ข ้อมูล ปี Class A Pan Davis, Calif., USA 1966-69 รายปี 0.72 Salton Sea, Calif., USA 1967-69 รายปี 0.64 Denver, Colo., USA 1915-16 รายปี 0.67 Silver Hill, Md., USA 1955-60 รายปี 0.74 Felt Lake, Calif., USA 1955 รายปี 0.77 Sterling, Va., USA 1965-68 เม.ย.-พ.ย. 0.69 Ft. Collins, Colo., USA 1926-28 เม.ย.-พ.ย. 0.70 India (Poona) 1965-68 เม.ย.-พ.ย. 0.69 Fullerton, Calif., USA 1936-39 รายปี 0.77 Israel (Lod Airport) 1954-60 รายปี 0.74 Lake Colorado, City, Tex., USA 1954-55 รายปี 0.72 Sudan (Khartoum) 1960-61 รายปี 0.65 Lake El Sinore, Calif., USA 1939-41 รายปี 0.77 U.K. (London) 1956-62 รายปี 0.70 Lake Hefner, Calif., USA 1950-51 รายปี 0.69 U.S.S.R. (Dobovka) 1957-59 พ.ค.-ต.ค. 0.64 Lake Mead, Ariz-Nev, USA 1966-69 รายปี 0.66 1962-67 พ.ค.-ต.ค. 0.64 Lake Okeechobee, Tex., USA 1940-46 รายปี 0.81 U.S.S.R. (Valdai) 1949-53 พ.ค.-ก.ย. 0.82 Red Bluff Res., Tex., USA 1939-47 รายปี 0.68 1958-63 พ.ค.-ก.ย. 0.67 หน้า 67 หน้า 68 17
- 18. ั ิ ์ ค่าสมประสทธิของถาดว ัดการระเหย จากแหล่งต่างๆ (ต่อ) การคายนํา (Transpiration) ้ จากตัวอย่างค่าสัมประสิทธิของถาดชนิด Class A Pan ์ ปริมาณนํ้ าทังหมดทีพช ้ ่ ื จากแหล่งต่าง ๆ ทั่วโลกตามตาราง ดูดผ่านทางรากเข ้าไป มี เพียงส่วนน ้อยทียังคงอยูใน ่ ่ เนือเยือของพืช ้ ่ โดยทั่วไปแล ้วค่าสัมประสิทธิของถาดวัดการระเหยชนิดนี้ ์ นํ้ าส่วนใหญ่จะถูกพืชคาย จะมีคาประมาณ 0.70 ่ ออกมาในรูปของไอนํ้ าใน บรรยากาศ โดยผ่านทางรู พรุนเล็กๆ ตามผิวใบเรียกว่า ด ังนนค่า Kpan = 0.7 จึงเป็ นทีนยมใช ้กันแพร่หลายใน ั้ ่ ิ stomata (ปากใบ) การคํานวณปริมาณการระเหยจากอ่างเก็บนํ้ า กรรมวิธดงกล่าว เรียกว่า ี ั การคายนํา ้ หน้า 69 หน้า 70 การคายนํา (Transpiration) ้ ้ กระบวนการคายนําเกิดขึนได้อย่างไร ? ้ การคายนํ้ าเป็ นกระบวนการทีมความสําคัญ ่ ี ความแตกต่างของค่าศักย์ของนํ้ า • เพราะเป็ นส่วนหนึงของวัฎจักรของนํ้ า ่ (water potential) ระหว่างนํ้ าหล่อ ในทางปฏิบัตและมักถูกนํ าไปใช ้ในการศึกษาเกียวกับดุลย ิ ่ เลียงทีอยูในเซลล์ของรากพืชและนํ้ า ้ ่ ่ ภาพของลุมนํ้ า (สมดุลนํ้ า) ่ ทีอยูในดินบริเวณรากพืชทําให ้เกิด ่ ่ • โดยจะพิจารณาการคายนํ้ า (Transpiration) รวมเข ้ากับการ osmotic pressure ระเหย (Evaporation) ่ ซึงนํ้ าในดินจะเคลือนตัวผ่าน ่ • เรียกว่า การคายนํ้ ารวมการระเหย (การคายระเหย - เนือเยือของรากเข ้าไปในเซลล์ของ ้ ่ Evapotranspiration) รากพืช และเคลือนตัวต่อไปยังใบ ่ ถึงอย่างไรก็ตามจําเป็ นต ้องศึกษาแต่ละกรรมวิธให ้เป็ นที่ ี ด ้วยกระบวนการลําเลียงนํ้ า เข ้าใจ ก่อนทีจะศึกษาเกียวกับการคายระเหยต่อไป ่ ่ หน้า 71 หน้า 72 18
- 19. ้ ้ กระบวนการคายนําเกิดขึนได้อย่างไร ? ้ กระบวนการคายนําเกิดขึนได้อย่างไร ? ้ นํ้ าทีเคลือนทีมายังใบนี้ ่ ่ ่ อัตราส่วนทีนํ้าคายออกไปต่อจํานวนนํ้ า ่ • จะเข ้าไปอยูในช่องว่างระหว่างเซลล์ (intercellular space) ่ ทีใช ้ในการสังเคราะห์แสง ่ ทีอยูภายในใบ ่ ่ • นันสูงมากถึง 800 เท่า หรือมากกว่า ้ นํ้ าในใบจะเคลือนตัวต่อไปสูอากาศ ซึงมีศักย์ของนํ้ าตํากว่า ่ ่ ่ ่ ในขณะทีปากใบเปิ ด อากาศจะเคลือน ่ ่ • ผ่านรูสโตเมต ้า (ปากใบ) ่ ตัวเข ้าสูใบทางปากใบ • ่ ซึงเรียกกระบวนการนีวา ้ ่ “การคายนํ้ า” หน้า 73 หน้า 74 ้ ้ กระบวนการคายนําเกิดขึนได้อย่างไร ? กลไกการปิ ดเปิ ดของปากใบ คลอโรพลาสท์ การปิ ดเปิ ดของปากใบควบคุมโดยความเต่งของเซลล์คม ุ (chloroplasts) ทีอยูภายในใบ ่ ่ ่ (guard cell) ซึงจะตอบสนองต่อ • จะใช ้พลังงานแสง • แสง ปริมาณ CO2 และปริมาณนํ้ าทีพชได ้รับ ่ ื • เพือทําให ้เกิดปฏิกรยาทาง ่ ิ ิ ปากใบจะเปิ ดเมือ ่ เคมีระหว่าง CO2 จากอากาศ และนํ้ า (H2O) ทีอยูในเซลล์ ่ ่ • ต ้องการระบายนํ้ าออกจากใบ และต ้องการรับ CO2 เพือทําให ้เกิดคาร์โบร- ่ • โดยทัวไปปากใบจะเปิ ดในเวลากลางวัน ่ ไฮเดรทสําหรับการเจริญเติบโต ปากใบจะปิ ดเมือ ่ ของพืช • มีการเหียว เพือลดการ ่ ่ เรียกกระบวนการนีวา “การ ้ ่ สูญเสียนํ้ า สังเคราะห์แสง” • ไม่ต ้องการรับ CO2 เพิม ่ หน้า 75 หน้า 76 19
- 20. แฟคเตอร์ทมอทธิพลต่อการคายนํา ี่ ี ิ ้ แฟคเตอร์ทมอทธิพลต่อการคายนํา ี่ ี ิ ้ อุณหภูม ิ แสง • เนืองจากอุณหภูมยงเพิมสูงขึน จะทําให ้การระเหยเกิดได ้ดีขน ่ ิ ิ่ ่ ้ ึ้ • แสงเป็ นปั จจัยทีสําคัญ ่ ต่อการสังเคราะห์แสง • โดยทัวไปแล ้วเมืออุณหภูมเพิมมากขึนปากใบจะเปิ ดมากขึนและ ่ ่ ิ ่ ้ ้ และการคายนํ้ า เปิ ดนานเท่าทีไม่มข ้อจํากัดเรืองนํ้ า ่ ี ่ • แสงมีผลโดยตรงต่อ การควบคุมการปิ ดเปิ ด ของปากใบ • การเจริญเติบโตของพืชโดยปกติจะหยุดเมืออุณหภูมลดลงใกล ้ ่ ิ 40 องศาฟาเรนไอท์ (4 องศาเซลเซียส) และทีจดนีการคายนํ้ า ่ ุ ้ • แสงทําให ้อุณหภูมของ ิ จะเกิดขึนน ้อยมาก ้ อากาศสูงขึน ้ • ทําให ้การระเหยของไอ นํ้ าเกิดได ้ดีขนึ้ หน้า 77 หน้า 78 แฟคเตอร์ทมอทธิพลต่อการคายนํา ี่ ี ิ ้ แฟคเตอร์ทมอทธิพลต่อการคายนํา ี่ ี ิ ้ ้ ความชืนของอากาศ ้ ปริมาณนํ้ าหรือความชืนในดิน • การคายนํ้ ามีความสัมพันธ์กบความต่างระดับของความดันไอ ั • เมือปริมาณนํ้ าในดินลดลง การดูดนํ้ าของรากก็จะลดลง จะทําให ้ ่ (vapor pressure gradient = ∆VP) ระหว่างอากาศและใบ เซลล์คมเหียวได ้ ปากใบก็จะปิ ดและทําให ้การคายนํ้ าลดลง ุ ่ − ้ ค่าความดันไอนี้จะผันแปรตามความชืนสัมพัทธ์ • ่ ้ นักวิเคราะห์บางท่านเชือว่าการคายนํ้ าไม่ขนกับปริมาณความชืน ึ้ • ในสภาพทีภายในใบอิมตัวด ้วยนํ้ า (ความดันไอสูง) และอากาศ ่ ่ ้ ในดินจนกว่าจํานวนความชืนจะลดลงถึงจุดอับเฉาหรือเรียกว่า ้ ภายนอกมีความชืนสัมพัทธ์ระหว่างตํา (ความดันไอตํา) ่ ่ wilting point − ่ จึงเกิดการแพร่ของไอนํ้ าจากใบออกสูภายนอก • แต่บางท่านสมมุตวาการคายนํ้ าจะเป็ นสัดส่วนกับจํานวนความชืน ิ ่ ้ − ทําให ้มีการคายนํ้ าเพิมขึน ่ ้ ทียังคงอยูในดินและพืชสามารถนํ าไปใช ้ได ้ ่ ่ • ้ ในสภาพอากาศทีมความชืนสัมพัทธ์สงกว่า ่ ี ู − ปริมาณความชืนสูงสุดทีพชสามารถนํ าไปใช ้ได ้หรือเรียกว่า available ้ ่ ื − จะมีการคายนํ้ าลดลง ้ water = ความแตกต่างของปริมาณความชืนในดินระหว่างจุด field capacity และจุด wilting point หน้า 79 หน้า 80 20
- 21. การว ัดปริมาณการคายนํา ้ แฟคเตอร์ทมอทธิพลต่อการคายนํา ี่ ี ิ ้ (Measurement of Transpiration) ชนิดของพืช เนืองจากไม่สามารถทีจะทําการวัดปริมาณการคายนํ้ าใน ่ ่ • อัตราการคายนํ้ าจะไม่ขนอยูกบชนิดของพืชก็ตอเมือ ึ้ ่ ั ่ ่ พืนทีจํานวนหนึงในธรรมชาติได ้ ้ ่ ่ − มีนํ้าในดินเพียงพอและผิวดินปกคลุมไปด ้วยหญ ้า การคํานวณหรือวัดปริมาณการคายนํ้ าจะจํากัดเฉพาะ − เนื่องจากการสังเคราะห์แสงขึนอยูกบรังสีดวงอาทิตย์ทได ้รับ ้ ่ ั ี่ เกียวกับตัวอย่างเล็กๆ หรือพืชไม่กต ้นในห ้องทดลองเท่านัน ่ ี่ ้ − ดังนันประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์ ของการคายนํ้ าในแต่ละวันจะเกิดขึนใน ้ ้ การวัดปริมาณการคายนํ้ าในห ้องทดลองอาจกระทําได ้ดังนี้ ่ ระหว่างชัวโมงตอนกลางวัน • นํ ากระถางทีปลูกพืชนีในภาชนะทีปิดทุกด ้านไม่ให ้ไอนํ้ าภายใน ่ ้ ่ • ํ ชนิดของพืชจะเป็ นแฟคเตอร์สาคัญต่ออัตราการคายนํ้ าก็ตอเมือ ่ ่ หนีออกไปหรือไม่ให ้นํ้ าจากภายนอกเข ้ามาได ้ − ้ ความชืนในดินมีจํานวนจํากัด • เมือทิงไว ้ระยะหนึงก็ทําการวัดปริมาณไอนํ้ าทีเพิมขึนภายใน ่ ้ ่ ่ ่ ้ − ้ ่ ี ้ ้ กล่าวคือเมือดินชันบนแห ้งพืชชนิดทีมรากตืนจะไม่สามารถดูดความชืนไป ่ ภาชนะ ใช ้ได ้และจะอับเฉา • จํานวนไอนํ้ าทีเพิมขึนในภาชนะดังกล่าวก็คอปริมาณไอนํ้ าทีเกิด ่ ่ ้ ื ่ − ในขณะทีพชชนิดทีมรากยาวจึงสามารถดูดนํ้ าได ้และสามารถคายนํ้ าต่อไป ่ ื ่ ี ้ ่ ั้ ได ้อีกจนความชืนในดินทีชนลึก ๆ ลงไปลดลงถึงจุดอับเฉา (wilting จากการคายนํ้ านั่นเอง point) หน้า 81 หน้า 82 การว ัดปริมาณการคายนํา ้ (Measurement of Transpiration) การคายระเหย (Evapotranspiration) การวัดปริมาณการคายนํ้ าส่วนมากใช ้เครืองมือทีเรียกว่า ่ ่ ในการศึกษาการสมดุล ่ phytometer ซึงประกอบด ้วย ทางด ้านอุทกวิทยาของลุมนํ้ า ่ • ภาชนะบรรจุดนิ โดยทั่วไป • ทําการปลูกพืชในภาชนะนี้ จะพิจารณาการคายนํ้ ารวมกับ • ้ ทําการปกคลุมดินเพือไม่ให ้ความชืนในดินทีหายไป ่ ่ การระเหย (ดิน + แหล่งนํ้ า) เป็ น แฟคเตอร์เดียวกัน เพือคิดเป็ น ่ ปริมาณการระเหยทังหมด ้ สําหรับปริมาณคายนํ้ ารวมกับ ้ การระเหยนี้ เรียกสันๆว่า การคาย ระเหย (Evapotranspiration) หน้า 83 หน้า 84 21
- 22. การคายระเหย (Evapotranspiration) การคายระเหย (Evapotranspiration) ในทางวิชาการ การคายระเหยนันจะต่างกับการใช ้นํ้ าของ ้ การวิเคราะห์คาการใช ้นํ้ าของพืช สําหรับใช ้ในการออกแบบ ่ พืช (consumptive use) ระบบการชลประทาน จะมีความสัมพันธ์กบ: ั • เนืองจากการใช ้นํ้ าของพืช = การระเหยทังหมด + การคายนํ้ า ่ ้ • ค่าการคายระเหยสูงสุด (potential evapotranspiration, PET) ของพืช + ปริมาณนํ้ าทีใช ้ในการสร ้างเนือเยือของพืชโดยตรง ่ ้ ่ − ้ หมายถึง การคายนํ้ า รวมการระเหยทีเกิดขึนในกรณีทความชืนในดินมี ่ ้ ี่ ให ้กับพืชเต็มทีตลอดเวลา ่ แต่ในทางปฏิบัตแล ้วความแตกต่างกันนีแทบไม่ม ี ิ ้ ความหมายเมือเปรียบเทียบกับความคลาดเคลือนอันเกิดจาก ่ ่ เมือนํ้ าในดินถูกใช ้ไปทําให ้ความชืนลดลงเรือยๆ การคาย ่ ้ ่ การวัด ระเหยทีเกิดขึน เรียกว่า การคายระเหยจริง (actual ่ ้ evapotranspiration, AET) ดังนันโดยปกติจะพิจารณา การคายระเหยและการใชนํา ้ ้ ้ • AET มีคาตํากว่า PET ่ ่ ของพืชเปนเทอมเดียวก ัน ็ • AET จะมีคาลดตําลงเรือยๆ จนกระทังถึงจุดอับเฉา การคาย ่ ่ ่ ่ ระเหยก็จะหยุด หน้า 85 หน้า 86 ั ความสมพ ันธ์ระหว่าง AET/PET การผ ันแปรของค่า PET ตามอายุพช ื ความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์การคายระเหยสูงสุดและ เปอร์เซ็นต์เวลาการเจริญเติบโตของพืช สําหรับพืชทีงอกจากเมล็ด ่ เจริญเติบโตเต็มทีและตายภายในฤดูการปลูก เช่น ข ้าวโพด ข ้าว ่ ฟ่ าง และพืชประเภทถัว เป็ นต ้น ่ ความส ัมพ ันธ์มล ักษณะขึนอยูก ับ: ี ้ ่ ชนิดของดิน ่ ้ ่ ่ ่ ั่ อัตราเร็วทีความชืนในดินสามารถเคลือนเข ้าสูบริเวณรากพืชซึงเป็ นฟั งก์ชนกับ หน้า 87capillarity ภายในช่องว่างของดิน หน้า 88 22
- 23. การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ การคายระเหย (Evapotranspiration) ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ การวัดหรือการประมาณหาค่า AET และ PET กระทําได ้ สมการทีใช ้ในการวิเคราะห์คอสมการต่อเนือง ่ ื ่ หลายวิธด ้วยกัน ี S Inflow Outflow • แต่ไม่มวธใดวิธหนึงโดยเฉพาะทีสามารถนํ าไปใช ้ได ้ดีในทุกๆ ี ิ ี ี ่ ่ S ( I P ) (O Og ET ) (P) วัตถุประสงค์ ในการปฏิบัตจริง ต ้องเลือกวิธวเคราะห์ทเหมาะสมกับ ิ ี ิ ี่ สมมุตวาิ ่ ค่า s, ปริมาณนําไหลเข้า ้ วัตถุประสงค์ของการศึกษาว่าต ้องการข ้อมูลการคายระเหย (I, P) และปริมาณการไหล ลักษณะใด ออกจากลุมนํา (O, Og) ่ ้ (S) • บางกรณีต ้องการใช ้ค่าการคายระเหยเฉลียทังลุมนํ้ า ่ ้ ่ สามารถว ัดได้ • แต่ในบางกรณีอาจจะสนใจเฉพาะการใช ้ของพืชบางชนิดในลุม ่ นํ้ า เป็ นต ้น ET ( S1 S 2 ) I P O Og (O) ET Evapotranspiration (ET) (Og) หน้า 89 หน้า 90 การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ ความเชือถือได ้ในการใช ้หลักดุลยภาพของนํ้ าคํานวณหา ่ ความคลาดเคลือนทีอาจจะเกิดขึนได ้อาจเนืองมาจาก ่ ่ ้ ่ การคายระเหยเฉลียทั่วลุมนีขนอยูกบช่วงเวลาทีพจารณา ่ ่ ้ ึ้ ่ ั ่ ิ • มีข ้อมูลนํ้ าฝนและนํ้ าท่าไม่เพียงพอ • หรืออาจเกิดจากปริมาณนํ้ าทีไหลเข ้าและไหลออกจากลุมนํ้ า ่ ่ ภายใต ้ผิวดิน ตามหลักการแล ้วการคายระเหยเฉลียรายปี ่ • ่ สามารถคํานวณอย่างเชือถือได้จากผลต่างระหว่างปริมาณ ดังนันเพือให ้ค่าถูกต ้องยิงขึน ้ ่ ่ ้ นํ้ าฝนและนํ้ าท่าในช่วงระยะเวลานานๆ • ้ จึงควรมีการวัดหรือประมาณค่าความชืนในดิน • ทังนีเพราะการเปลียนแปลง storage ในช่วงระยะเวลานานๆ ้ ้ ่ • นํ้ าใต ้ดินและ storage ทีผวดิน ่ ิ หลายปี ทพจารณาจะไม่แตกต่างกันมากนัก ี่ ิ • เพือใช ้ประกอบการคํานวณการคายระเหยของลุมนํ้ าด ้วย ่ ่ หน้า 91 หน้า 92 23
- 24. การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ ตัวอย่างการนํ าวิธนี้ ไปใช ้หาค่าการคายระเหยจากลุมนํ้ าใน ี ่ พิจารณาช่วงวันที่ 21 – 29 มิถนายน ุ ้ ช่วงเวลาสันๆ ้ • กําหนดให ้ช่วงเวลานีดนมีความชืนเกือบถึงขันอิมตัว ้ ิ ้ ่ • I, Og, และ S = 0 21 – 29 มิ.ย. 6.20” ET (S ) I P O Og ET P O ET = 4.60 – 2.37 = 2.23 นิว/ 8 วัน ้ = 0.28 นิว/วัน ้ หน้า 93 หน้า 94 การคํานวณการคายระเหยเฉลียทงลุมนํา ่ ั้ ่ ้ การคํานวณการคายระเหย ด้วยวิธดลยภาพของนํา ี ุ ้ ด้วยวิธ ี Field – Plot ้ ความผิดพลาดในการวิเคราะห์ในช่วงเวลาสันๆ จะมีมาก เนืองจากการใช ้วิธดลยภาพของนํ้ าจะมีปัญหาในเรืองการ ่ ี ุ ่ เพือเพิมความถูกต ้องในการคํานวณ ่ ่ วัดค่าการซึมของนํ้ าลงดิน • การคํานวณควรพิจารณาตลอดไปจนถึงวันที่ 16 กรกฎาคม • เนืองจากระดับนํ้ าใต ้ดินมีการเปลียนแปลงตลอดเวลา ่ ่ • ค่าการคายนํ้ ารวมการระเหยเฉลียคํานวณได ้เท่ากับ 0.23 นิวต่อ ่ ้ • จึงส่งผลให ้นํ้ าซึมลงดินมีการเปลียนแปลงด ้วยเช่นกัน ่ วัน วิธนเป็ นการประยุกต์วธดลยภาพของพลังงานมาใช ้ ี ี้ ิ ี ุ = (4.6+3.14+4.15)-(2.37+1.6+3.01) = 4.91 นิว /21 วัน = 0.23 นิว/วัน ้ ้ • เกียวข ้องกับความร ้อนทีเก็บไว ้ในนํ้ า ่ ่ ผลการวิเคราะห์จะมีความถูกต ้องมากกว่า • จึงต ้องมีการหาระดับผิวดิน เนืองจากส่งผลถึงระดับนํ้ าใต ้ดินด ้วย ่ • วิธนควรนํ าไปใช ้กับลุมนํ้ าทีความลึกจากผิวดินไปยังนํ้ าใต ้ดินมีคา ี ี้ ่ ่ ่ น ้อย • และปริมาณฝนทีตกลงเฉลียสมําเสมอ ตลอดทังปี ่ ่ ่ ้ หน้า 95 หน้า 96 24
- 25. การคํานวณการคายระเหย การคํานวณการคายระเหย ด้วยวิธ ี Field –Plot ี ิ ด้วยวิธไลซมเตอร์ ี วิธนสามารถนํ าไปใช ้คํานวณการคายระเหยของพืช และ ี ี้ การวัดการคายระเหยอาจกระทําด ้วยการใช ้ภาชนะขนาด สามารถดัดแปลงไปใช ้กับพืชทีปลูกในพืนทีทสภาพอากาศ ่ ้ ่ ี่ ิ ่ ื่ ใหญ่บรรจุดนซึงมีชอเรียกต่าง ๆ กัน แห ้งแล ้งได ้ • เช่น tanks, evapotranspirometers และ lysimeters การวัดปริมาณนํ้ าชลประทานทีเติมเข ้าไปในแปลงเพือ ่ ่ Tanks และ evapotranspirometers ้ รักษาความชืนในดินให ้อยูทจด field capacity ตลอดเวลา ่ ี่ ุ • เป็ นถังสําหรับใส่ดนทีมกนผนึกป้ องกันไม่ให ้นํ้ าผ่านเข ้าออก ิ ่ ี ั • จะลดความคลาดเคลือนอันเกิดจากนํ้ าทีระเหยด ้วยการซึมลงไป ่ ่ ไลซีมเตอร์ ิ ้ ในดินชันล่างหรือออกจากบริเวณเขตรากพืช • เป็ นถังทีกนเป็ นแบบยอมให ้นํ้ าซึมผ่านเข ้าออกได ้ ่ ั วิธนจะให ้ความรู ้เกียวกับการคายระเหยมากยิงขึน ี ี้ ่ ่ ้ • ทังนีเพือป้ องกันความดันเป็ นลบทีก ้นถังด ้านใน ้ ้ ่ ่ • การคายระเหยคํานวณจากการรักษาสภาพสมดุลของนํ้ าในถัง หน้า 97 หน้า 98 lysimeters การคํานวณการคายระเหยสูงสุด จากข้อมูลอุตนยมวิทยา ุ ิ ในบางครังการวัดหรือคํานวณการคายระเหยโดยตรงทํา ้ ไม่ได ้ • จึงมีผู ้เสนอสมการ สําหรับคํานวณการคายระเหยจากข ้อมูล อุตนยมวิทยาทีทําการวัดได ้ ุ ิ ่ • สูตรหรือสมการเหล่านีมทงสูตรง่าย ๆ ใช ้ข ้อมูลอุตนยมไม่กอย่าง ้ ี ั้ ุ ิ ี่ จนกระทังสูตรทียากและใช ้ข ้อมูลอุตนยมวิทยาหลายอย่างในการ ่ ่ ุ ิ คํานวณ ในทีนจะกล่าวเป็ นตัวอย่างเฉพาะสูตรของ Blaney – ่ ี้ Criddle และของ Penman เท่านัน ้ หน้า 99 หน้า 100 25
- 26. ่ ้ สมการต่างๆ ทีใชในการคํานวณการคายระเหย ่ ้ สมการต่างๆ ทีใชในการคํานวณการคายระเหย ่ ชือสมการ ข้อมูลอุตนยมทีใช้ในการคํานวน ุ ิ ่ ่ ชือสมการ ข้อมูลอุตนยมทีใช้ในการคํานวน ุ ิ ่ 1. สมการทีใช้ขอมูลอุณหภูมเฉลียรายว ันของอากาศ ่ ้ ิ ่ 3. ่ ้ ิ ่ ้ สมการทีใช้ขอมูลอุณหภูมเฉลียรายว ันของอากาศและความชืน Lowry-Johnson อุณหภูมในฤดูการปลูก ิ Blaney-Morin ้ อุณหภูม ิ เปอร์เซ็นต์แสงแดด ความชืนสัมพัทธ์ สัมประสิทธิของ ์ พืช Thornthwaite อุณหภูม ิ Hamon ้ ้ อุณหภูม ิ ความชืนทังหมดเปอร์เซ็นต์แสงแดด Blaney- Criddle อุณหภูม ิ เปอร์เซ็นต์แสงแดด สัมประสิทธิของพืช ์ Hargreaves ้ ้ อุณหภูม ิ ความชืนทังหมดเปอร์เซ็นต์แสงแดดสัมประสิทธิของ ์ 2. สมการทีใช้ขอมูลอุณหภูมเฉลียรายว ันของอากาศและร ังสีแสงอาทิตย์ ่ ้ ิ ่ พืช Jensen- Haise อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ Papadakis อุณหภูม ิ ความดันไอนํ้ าอิมตัวทีอุณหภูมเฉลียรายวันและ ่ ่ ิ ่ อุณหภูมตําสุดรายวัน ิ ่ Turc อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ 4. สมการซ ับซ้อน (complex equation) Grassi อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ สัมประสิทธิของพืช ์ Penman ้ อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ ความเร็วลม ความชืน Stephens-Stewart อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ Christainsen ้ อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ ความเร็วลม ความชืนสัมพัทธ์ Makkink อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ เปอร์เซ็นต์แสงแดด ระดับพืนที่ สัมประสิทธิของพืช ้ ์ Van Bavel ้ อุณหภูม ิ รังสีแสงอาทิตย์ ความเร็วลม ความชืนสัมพัทธ์ หน้า 101 หน้า 102 การคํานวณการคายระเหย ด้วยวิธ ี Blaney-Criddle วิธ ี Blaney-Criddle ในปี ค.ศ. 1942 Blaney และ Morin ได ้เสนอสมการ สมการทีใช ้ในการวิเคราะห์คอ ่ ื สําหรับใช ้คํานวณปริมาณการใช ้นํ้ าของพืช โดยใช ้ข ้อมูล U PET KF K t.p พืนฐานคือ: ้ 100 • ้ ่ อุณหภูม ิ ความชืนสัมพัทธ์ และความยาวของชัวโมงกลางวัน • U คือ ปริมาณการใช ้นํ้ าของพืชตลอดฤดูกาลเพาะปลูก (นิว) ้ • K คือ สัมประสิทธิของพืชและความยาวของฤดูกาลเพาะปลูก ์ ่ ้ ้ แต่เนืองจากว่าในสมัยนันมีการวัดความชืนสัมพัทธ์กนน ้อย ั (ดูตาราง ข-1) มาก • F คือ แฟคเตอร์ของการใช ้นํ้ าของพืช ในปี ค.ศ. 1950 Blandy และ Criddle เท่ากับผลรวมของผลคูณระหว่างอุณหภูมเฉลีย (องศาฟาเรน ิ ่ ่ ไฮท์) กับเปอร์เซ็นต์ของชัวโมงกลางวันตลอดฤดูกาล • จึงได ้ดัดแปลงสูตรดังกล่าวเสียใหม่ เพาะปลูกในแต่ละปี • ้ โดยตัดเอาความชืนสัมพัทธ์ออกจากสูตรเดิม • t คือ อุณหภูมเฉลีย (องศาฟาเรนไฮท์) ิ ่ • ่ p คือ เปอร์เซ็นต์ของชัวโมงกลางวันของฤดูกาลเพาะปลูก • สูตรนีภายหลังรู ้จักกันดีกว่าสูตร Blaney และ Criddle ้ หน้า 103 หน้า 104 26
- 27. ั ิ ์ ค่าสมประสทธิของพืช ทีใช ่ ้ในสูตร Blaney-Criddle วิธ ี Blaney-Criddle ถ ้าเป็ นการหาปริมาณการใช ้นํ้ าของพืชประจําเดือน นิยมใช ้ อักษรตัวเล็กแทน คือ k .t. p u k. f 100 • u คือ ปริมาณการใช ้นํ้ ารายเดือนของพืช (นิว) ้ • k คือ สัมประสิทธิของพืชเป็ นรายเดือน ์ • t คือ อุณหภูมเฉลียประจําเดือน (องศาฟาเรนไฮท์) ิ ่ • p คือ ่ เปอร์เซ็นต์ของชัวโมงกลางวันของแต่ละเดือน (ดูตาราง ข-2) หน้า 105 หน้า 106 ่ั เปอร์เซ็นต์ชวโมงกลางว ัน สําหร ับละติจด 0 ถึง 55 องศาเหนือ ู ต ัวอย่าง จงหาปริมาณการใช ้นํ้ าตลอดฤดูกาลเพาะปลูกของข ้าวโพด • ่ ซึงมีอายุเก็บเกียว 4 เดือน ่ • เริมปลูกตังแต่เดือนพฤษภาคม และเก็บเกียวเดือนสิงหาคม ่ ้ ่ • พืนทีเพาะปลูกอยูทละติจด 15 องศาเหนือ ้ ่ ่ ี่ ู • อุณหภูมเฉลียในเดือนพฤษภาคม ถึงเดือนสิงหาคม มีตามลําดับ ิ ่ ดังนี้ 30.6 29.6 28.9 และ 28.7 องศาเซลเซียส จากตาราง ข-2 จะหาค่า P ได ้ • เมือทราบว่าละติจดเท่ากับ 15 องศาเหนือ ่ ู จาก ตาราง ข-1 ค่าสัมประสิทธิของพืช K ตลอดฤดูการ ์ เพาะปลูก (4 เดือน) ของข ้าวโพดเท่ากับ 0.75 หน้า 107 หน้า 108 27
- 28. ่ั เปอร์เซ็นต์ชวโมงกลางว ัน ส ําหร ับละติจด 0 ถึง 55 องศาเหนือ ู ต ัวอย่าง o o t .p เดือน อุณหภูม ิ ( C) อุณหภูม ิ ( F) P 100 พฤษภาคม 30.6 87.1 8.98 7.84 มิถนายน ุ 29.6 85.3 8.81 7.51 กรกฎาคม 28.9 84.0 9.04 7.59 สิงหาคม 28.7 83.7 8.83 7.39 t. p 30.31 U K 100 0.75(30.31) ดังนันตลอดฤดูเพาะปลูกข ้าวโพด ้ = 22.73 นิว ้ จะใช ้นํ้ า 22.73 นิว ้ หน้า 109 หน้า 110 การคํานวณการคายระเหย - Penman Method Penman Method 1 ่ Penman ได ้เสนอสูตรซึงได ้รวมเอาพลังงานทีกอให ้เกิด ่ ่ PET Q n E a การระเหยไว ้ด ้วยกัน หรือ PET Q 1 E พลังงานดังกล่าวคือ n a • พลังงานทีได ้รับจากดวงอาทิตย์ ่ wQ n 1 w E a • และพลังงานทีเกิดจากการเคลือนทีของลม ่ ่ ่ PET คือ การคายนํ้ ารวมการระเหยสูงสุด (มม./วัน) Ea คือ การระเหยของนํ้ าเนื่องจากการเคลือนทีของลม (มม./วัน) ่ ่ คือ ความลาดชันของกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอนํ้ าอิมตัว ่ กับอุณหภูมทอณหภูมเฉลียของอากาศ (มม.ของปรอทต่อองศาเซลเซียส) ิ ี่ ุ ิ ่ คือ psychrometric constant Qn คือ รังสีสทธิจากดวงอาทิตย์ (ความลึกของนํ้ าทีระเหย มม./วัน) ุ ่ w คือ ค่า weighting factor (ตาราง ข-5) หน้า 111 หน้า 112 28
- 29. Penman Method Penman Method QA คือ Angot’s value หรือเป็ นรังสีจากอาทิตย์ทสวนบนของชัน ่ี ่ ้ ในกรณีทไม่มการวัดรังสีสทธิจากอาทิตย์ หาได ้จาก ี่ ี ุ บรรยากาศได ้รับ (มม./วัน) (ตาราง ข-3) สูตร r คือ สัมประสิทธิทถกสะท ้อน (reflection coefficient) ์ ี่ ู ่ ซึงมีอตราส่วนระหว่างรังสีแสงอาทิตย์ทถกสะท ้อนกลับไปต่อรังสี ั ี่ ู n แสงอาทิตย์ทตกลงบนผิวของวัตถุนัน ี่ ้ Q n Q A 1 r 0.18 0.55 N เพนแมนใช ้ค่า r= 0.05 สําหรับดินเปี ยกไม่มพชปกคลุมอยูเลย ี ื ่ = 0.20 สําหรับพืชทีปกคลุมเขียวชอุม ่ ่ n T 4 0.56 0.0797 e d 0.19 0.90 N n คือ ระยะเวลาทีได ้รับแสงอาทิตย์จริง ่ N คือ ระยะเวลาทีมแสงแดดนานทีสดทีเกิดขึนได ้ในช่วงเวลานัน ่ ี ่ ุ ่ ้ ้ คือ Stefan-Boltzman constant T4 คือ รังสีสะท ้อนจากวัตถุทมผวดําสนิท (มม./วัน) (ตาราง ข-4) ี่ ี ิ ea คือ ความดันไอนํ้ าอิมตัวทีอณหภูมจดนํ้ าค ้าง (มิลลิบาร์) ่ ่ ุ ิ ุ (ตาราง ข-6) T คือ absolute temperature ของอากาศ หน้า 113 หน้า 114 Penman Method Penman Method E a 0.262 e a e d 1 0.016 U 2 ed คือ ความดันไอนํ้ าจริงทีอณหภูมเฉลียของอากาศ (มิลลิบาร์) ้ ่ ุ = (ความชืนสัมพัทธ์) x ea ิ ่ n 74.5 9.5 C c 2.0 C c2 U2 คือ ความเร็วเฉลียของลมทีระดับเหนือจากพืนดิน 2 เมตร (กิโลเมตรต่อวัน) ่ ่ ้ N 100 ในกรณีทไม่ทราบค่า U2 ี่ ่ Cc คือ ค่าความครึมของเมฆ (octa) ซึงมีคาระหว่าง 0 - 8 ้ ่ log 2 U2 UZ log Z 0.20 UZ คือ ความเร็วเฉลียของลมทีระดับ Z ่ ่ 2 เหนือจากพืนดิน ้ U2 UZ Z หน้า 115 หน้า 116 29
- 30. ต ัวอย่าง ตาราง ข-3 ให ้คํานวณการคายระเหยสูงสุดด ้วยวิธเพนแมนทีจังหวัด ี ่ สุพรรณบุรี ละติจด 15 องศาเหนือ มีพชคลุมดินเขียวชอุม จาก ู ื ่ ข ้อมูลดังนี้ รายการ พ.ค. มิ.ย. ก.ค. ส.ค. ก. ข ้อมูลรายเดือน (1) อุณหภูม ิ - oC 30.6 29.6 28.9 28.7 ้ (2) ความชืนสัมพัทธ์ - % 69.1 70.2 73.0 75.1 (3) ความครึมของเมฆ, Cc ้ 5.7 6.5 6.7 6.9 (4) ความเร็วลม, U2 80.41 87.13 88.25 82.62 (5) รังสีจากดวงอาทิตย์, QA – มม/วัน 15.55 15.48 15.46 15.32 (ตาราง ข-3) หน้า 117 (6) สัมประสิทธิการสะท ้อน, r ์ 0.20 0.20 0.20 0.20 หน้า 118 รายการ พ.ค. มิ.ย. ก.ค. ส.ค. ตาราง ข-6 n ข. คํานวณเทอม Q A 1 r 0.18 0.55 ต ัวอย่าง N ความด ันไอนําอิมต ัวทีอณหภูมจดนําค้าง ้ ่ ่ ุ ิ ุ ้ (7) n 74.5 9.5 C c 2.0 C c 2 0.637 0.157 0.484 0.448 N 100 (8) (1-r) 0.80 0.80 0.80 0.80 n (9) 0.18 0.55 0.530 0.465 0.446 0.426 N (10) = (5)(8)(9) 6.59 5.76 5.22 5.22 ค. คํานวณเทอม T 4 0.56 0.0797 e d 0.19 0.90 n N (11) ความดันไอนํ้ า - มิลลิบาร์ (i) ea (ตาราง ข-6) 43.91 41.47 39.82 39.36 ้ (ii) ed = ความชืนสัมพัทธ์x ea 30.34 29.11 29.07 29.56 (iii) ed 5.51 5.39 5.39 5.44 (12) T 4 (ดูตาราง ข-4) 17.15 16.93 16.77 16.72 (13) 0.56 0.0797 e d 0.122 0.131 0.131 0.127 (14) 0.19 0.90 n 0.673 0.566 0.548 0.503 N (15) = (12)(13)(14) หน้า 119 1.41 1.26 1.17 1.07 หน้า 120 30
- 31. รายการ พ.ค. มิ.ย. ก.ค. ส.ค. ตาราง ข-4 ง. คํานวณเทอม Qn (16) = (10)-(15) 5.18 4.50 4.35 4.15 จ. คํานวณเทอม E a 0.262 e a e d 1 0.016 U 2 (17) 0.262 e a e d 3.555 3.238 2.816 2.568 (18) 1 0.016 U 2 2.286 2.394 2.412 2.322 (19) = (17)(18) 8.127 7.752 6.792 5.963 Q n E a ฉ. คํานวณเทอม PET (20) / (ดูตาราง ข-5) 0.786 0.777 0.771 0.770 (21) / (ดูตาราง ข-5) 0.214 0.223 0.236 0.231 (22) = (16)(20) 4.07 3.50 3.35 3.20 (23) = (19)(21) 1.74 1.73 1.60 1.38 (24) PET = (22)+(23) มม/วัน 5.81 5.23 4.95 4.58 30.6 17.15 ซม/เดือน 18.01 15.69 15.35 14.20 หน้า 121 หน้า 122 นิว/เดือน ้ 7.09 6.18 6.04 5.59 ตาราง ข-5 Quiz 1 ณ ต ้นเดือนกรกฎาคม • อ่างเก็บนํ้ าแห่งหนึง มีระดับนํ้ าอยูทระดับ 160 ม.รทก. ่ ่ ี่ • มีนํ้าไหลเข ้าอ่างเก็บนํ้ าด ้วยอัตราการไหล 2 ลบ.ม./วินาที • มีนํ้าไหลออกจากอ่างเก็บนํ้ าด ้วยอัตราการไหล 2.5 ลบ.ม./วินาที ถ ้าในเดือน ก.ค. มีฝนตกลงอ่างเก็บนํ้ า 200 มม./เดือน 30.6 0.786 0.214 ่ ้ ทําให ้ระดับนํ้ าในอ่างเก็บนํ้ าลดลง 1 เมตร เมือสินเดือน ก.ค. จงหาปริมาณนํ้ าทีระเหยไปจากอ่างเก็บนํ้ าในเดือน ก.ค. ่ ดังกล่าว • ในหน่วย ล ้านลูกบาศก์เมตร (ล ้าน ลบ.ม.) • ไม่มปริมาณการรั่วซึมจากอ่างเก็บนํ้ า ี หน้า 123 หน้า 124 31
- 32. ้ ่ โค้งพืนที-ระด ับ และโค้งความจุเก็บก ัก ของอ่างเก็บนํา้ Quiz 2 ้ ่ ิ ้ พืนทีผวนํา (ตร. กม.) ให ้คํานวณการคายระเหยสูงสุดด ้วยวิธเพนแมนทีจังหวัด ี ่ 12 10 8 6 4 2 0 สุพรรณบุรี ละติจด 10 องศาเหนือ มีพชคลุมดินเขียวชอุม จาก ู ื ่ ข ้อมูลดังนี้ 168 ระดับ ความจุอ่างฯ พืนทีผวนํ้า ้ ่ ิ สะสม สะสม 166 (ม. รทก.) (ล ้าน ลบ.ม.) (ตร. กม.) รายการ พ.ค. มิ.ย. ระด ับ (ม.รทก.) 164 156 0.000 0.000 157 0.107 0.214 162 158 159 0.536 1.411 0.644 1.105 ก. ข ้อมูลรายเดือน 160 160 2.893 1.859 (1) อุณหภูม ิ - oC ปริมาตรเก็บกัก 161 5.322 3.000 31.0 29.9 158 พืนทีผวนํ้า ้ ่ ิ 162 8.819 3.994 163 13.528 5.425 ้ (2) ความชืนสัมพัทธ์ - % 69.1 70.2 156 164 19.713 6.946 154 165 166 27.447 36.627 8.521 9.839 (3) ความครึมของเมฆ, Cc ้ 5.7 6.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ปริมาตรเก็บก ัก (ล้าน ลบ.ม.) (4) ความเร็วลม, U2 80.41 87.13 หน้า 125 หน้า 126 32