بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
بررسی روشهای برآورد تبخیر و تعرق برای منطقه اصفهان
چکیده
برآورد مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل به منظور کاربرد در برنامه ریزی، طراحی و مدیریت طرح های آبیاری و زهکشی و مدیریت منابع آب ضروری می باشد. تبخیر و تعرق شامل تبخیر از سطح زمین و آب و تعرق بوسیله گیاه است و در مناطق خشک و نیمه خشک تحت آبیاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های بسیار زیادی برای برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع وجود دارد ولی این روشها نتایج یکسانی برای همه مناطق نشان نمی دهند. مطالعات لايسيمتری به منظور تعیین مناسب ترین روش در هر منطقه بکار می رود. به منظور تعیین مناسب ترین روش برآورد تبخیر و تعرق برای دشت اصفهان مطالعه ای با استفاده از لایسیمتر زهکش دار طی سال های ۱۳۸۴-۱۳۸۳ در منطقه اصفهان انجام گرفت. در این مطالعه مناسب ترین روش برای این منطقه، روش تشت تبخیر با ضریب Kp و پس از آن روش های بلانی - کریدل اصلاح شده، تشعشعی - فائو، ترک، پنمن - فائو ۵۶، پنمن - فائو ۲۴، هارگریوز ۱۹۸۵، پریستلی - تیلور، ماکینگ ۱۹۵۷ و پنمن - کیمبرلی ۱۹۹۶ ر رتبه های بعدی قرار می گیرند.
کلید واژه ها: لايسيمتر، تبخیر و تعرق، روش تبخیر و تعرق
1- مقدمه
کمبود منابع آبی یکی از مشکلات پیش روی جامعه جهانی در قرن حاضر می باشد. کشور ایران نیز با دارا بودن متوسط بارندگی در حدود ۲۵۲ میلیمتر جزء کشورهای خشک و نیمه خشک دنیا می باشد. بخش عمده مصرف آب یعنی بیش از ۹۴ درصد در زمینه کشاورزی بوده و برای آبیاری درختان میوه و محصولات زراعی به کار می رود. لذا برای اینکه بتوان در آینده با مشکل کم آبی مبارزه نمود باید آب مورد نیاز بخش کشاورزی با راندمان بالا مصرف گردد )۱، ۲، ۳ و ۴(. برآورد مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل به منظور کاربرد در برنامه ریزی، طراحی و مدیریت طرح های آبیاری و زهکشی و مدیریت منابع آب ضروری
می باشد [5] تبخیر و تعرق شامل تبخیر از سطح زمین و آب و تعرق بوسیله گیاه است و در مناطق خشک و نیمه خشک تحت آبیاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است [5.6]
روش های مختلفی برای محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع پیشنهاد شده است و هر کدام از نظر داده های مورد احتیاج با یکدیگر متفاوت هستند. در برخی از آنها لازم است آمار درجه حرارت روزانه وجود داشته باشد، حال آنکه برای تعدادی از روش ها داشتن آمار ماهانه هواشناسی کفایت می کند و بطور خلاصه تعدادی از روش ها اساس فیزیکی دارند و تعدادی فقط از روی تجربه بدست آمده اند. دقیق ترین روش جهت تعیین مناسب ترین روش برآورد تبخیر و تعرق در هر منطقه استفاده از لایسیمتر می باشد.
بنلی و همکاران [۷] در ترکیه برای تعیین تبخیر و تعرق گیاه مرجع یونجه و همچنین یافتن بهترین فرمول برآورد تبخیر و تعرق از لایسیمتر وزنی استفاده نمودند. اندازه گیری ها طی سالهای ۱۹۹۷- ۱۹۹۵ به مدت سه سال صورت گرفت. نتایج بدست آمده از لایسیمتر با تبخیر و تعرق محاسبه شده با پنج رابطه پنمن - مانتیث، پنمن - مانتیث اصلاح شده، ماکینگ، تشت تبخیر و هارگریوز نشان دادند که رابطه های پنمن و ماکینگ بهترین تطبيق را با داده های لایسیمتر دارا می باشند.
رحیم زادگان [۸] به منظور یافتن مناسب ترین روش محاسبه تبخیر و تعرق در منطقه اصفهان که جزء مناطق خشک و نیمه خشک به حساب می آید از لایسیمتر زهکش دار و گیاه مرجع چمن استفاده نمود. آب مصرفی گیاه به مدت دو سال و به صورت روزانه اندازه گیری گردید. همزمان با این آزمایش، پارامترهای اقلیمی نیز در ایستگاه کلیماتولوژی دانشگاه صنعتی اصفهان اندازه گیری شد و تبخیر و تعرق پتانسیل برای گیاه مرجع با استفاده از ۱۲ روش مختلف محاسبه گردید. مقایسه نتایج
حاصل از اندازه گیری تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع در لایسیمتر نشان داد که به ترتب روش های جنسن - هیز، کریستیانسن هارگریوز، بلینی - کریدل اصلاح شده، پنمن و ترک نسبت به روش های دیگر تخمین مناسب تری از تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع را ارائه می دهند.
پناهی [۵] طی سال های ۷۴-۱۳۷۳ برای یافتن بهترین روش تبخیر و تعرق برای منطقه اصفهان با استفاده از لایسیمتر نصب شده در ایستگاه تحقیقاتی کبوتر آباد نشان داد که روش تشت تبخیر با ضریب کانکا بهترین تخمین را انجام می دهد. در این تحقیق روش های بلانی کریدل اصلاح شده، پنمن مانتیث، تشت تبخیر با ضریب کانکا به ترتیب دارای اختلاف ۱۱، ۲۰، ۲۷ و ۱۳ درصدی با میزان قرائت لایسیمتر می باشند.
هدف از این مطالعه یافتن مناسب ترین روش جهت برآورد تبخیر و تعرق در دشت اصفهان می باشد.
٢- مواد و روش این آزمایش در ایستگاه تحقیقاتی محمود آباد، متعلق به سازمان پارکها و فضای سبز شهرداری اصفهان طی سال های ۱۳۸۳ - ۱۳۸۴ انجام شد. این ایستگاه در شمال شرقی اصفهان و در طول جغرافیایی ۵۱ درجه و ۳۵ دقیقه و عرض شمالی ۳۳ درجه و ۴۷ دقیقه واقع شده و در نزدیکی روستای محمود آباد قرار دارد. ارتفاع آن از سطح دریا ۱۵۸۰ متر است. نزدیکترین ایستگاه هواشناسی به منطقه مورد مطالعه ایستگاه دانشگاه صنعتی اصفهان بود که از اطلاعات هواشناسی این ایستگاه در محاسبات استفاده گردید.
طول و عرض لايسيمترها مورد استفاده در این تحقیق به ترتیب1*1.5 متر، عمق آنها در قسمت جلو ۱۲۰ سانتی متر و در قسمت عقب ۱۰۰ سانتی متر در نظر گرفته شد. این اختلاف عمق، شیبی را جهت حرکت آب داخل لایسیمتر به سمت خروجی ایجاد می کند (شکل 1). برای ساخت لایسیمترها از ورق گالوانیزه 2.5میلی متری استفاده شد. در موقع ساخت آنها محل اتصال دیواره ها به دقت آب بندی گردید تا از محل اتصال آنها آب به بیرون نشت نکند. قطر لوله خروجی آب لايسيمترها ۲ اینچ در نظر گرفته شد. پس از انتقال لایسیمترها به مزرعه به منظور جلوگیری از زنگ زدن لایسیمترها، دیواره بیرونی و درونی لایسیمترها با قیر و گونی عایق بندی و پوشش داده شدند.
برای انجام آزمایش یک قطعه زمین به ابعاد ۲۰×۲۰ متر در محلی دور از درختان مشخص گردید. برای اندازه گیری میزان تبخیر و تعرق گیاه مرجع چمن مورد آزمایش از سه تکرار یعنی از سه لایسیمتر استفاده شد و متوسط سه تکرار برای تجزیه و تحلیل اطلاعات مورد استفاده قرار گرفت. لايسيمترها دقیقا در مرکز زمین و به فاصله ۵۰ سانتی متر از یکدیگر قرار گرفتند. شکل 2 موقعیت نصب سه لايسيمتر در داخل زمین را نشان میدهد.
بعد از تعیین محل نصب لايسيمترها، خاکبرداری محل مورد نظر با استفاده از بیل مکانیکی و به عمق ۱۲۰ سانتی متر انجام گرفت. در زمان خاکبرداری محل لايسيمترها، سعی شد که لایه های خاکی به صورت جداگانه در کنار آن ریخته شوند تا موقع پر کردن لایسیمتر، خاکهای هر لایه به محل خود برگردانده شود تا اختلاف لایه های خاک داخل و خارج لايسيمترها کمتر
گردد.
برای اندازه گیری میزان زهاب خروجی از لایسیمترها طبق شکل (۲) یک حوضچه خروجی به ابعاد 1.5*1.5 متر و به عمق ۲ متر در فاصله یک متری لایسیمترها ساخته شد. خروجی کف هر لایسیمتر توسط یک لوله سه - چهارم اینچ فلزی به حوضچه خروجی وصل گردید. از این حوضچه برای جمع آوری آب خروجی هر لایسیمتر استفاده شد. در انتهای لوله برای جلو گیری از خارج شدن زه آب از یک شیر گازی استفاده شد. حوضچه خروجی طوری ساخته شد که یک نفر بتواند به راحتی وارد آن شده و زه آب هر لایسیمتر را اندازه گیری نماید.
بعد از آماده سازی محل نصب، لایسیمترها با دقت در محل مورد نظر قرار گرفتند. دیواره های جانبی لایسیمتر برای جلوگیری از ورود آبهای سطحی به داخل لایسیمتر ۱۵ سانتی متر بالاتر از سطح زمین در نظر گرفته شدند. سطح بالایی الايسيمترها نیز با استفاده از تراز به صورت افقی در آمدند.
در محل لوله خروجی داخل لايسيمتر، برای جلوگیری از وارد شدن ذرات خاک به داخل لوله از یک صفحه مشبک استفاده گردید. در کف هر لايسيمتر لایه ای به ضخامت ۲۰ سانتی متر شن های دانه بندی شده ریخته شد. این لایه شن علاوه بر این که به صورت یک فیلتر عمل می کند و از شسته شدن خاک داخل لایسیمتر جلو گیری می کند باعث جمع شدن زهاب ها در کف لایسیمتر می گردد تا در موقع باز کردن شیر خروجی آب به سرعت از لایسیمتر تخلیه گردد.
پس از ریخته شدن فیلتر شنی در کف لایسیمتر، برای برقراری ارتباط این لایه با اتمسفر، از یک لوله فلزی به قطر نیم اینچ که انتهای آن داخل شن ها قرار داشت و طرف دیگر آن با هوای آزاد در تماس بود استفاده گردید. این لوله به عنوان ورودی هوا ایفای نقش می کند تا آب جمع شده در کف لایسیمترها به راحتی از خروجی کف لایسیمتر تخلیه گردد. در صورتی که این لوله گرفته شود خروج آب از لایسیمتر با مشکل مواجه می شود.
برای پر کردن لایسیمترها لایه های خاک به همان ترتیب که از زمین خارج شده بودند در داخل لايسيمترها ریخته شدند. در هنگام پر کردن بعد از ریختن لایه ای به ضخامت ۲۰ سانتی متر روی آن کوبیده می شد و لایه بعدی روی آن ریخته می شد. این فرآیند به دلیل نزدیک نمودن خصوصیات فیزیکی خاک داخل لايسيمترها با خاک مزرعه صورت می گرفت.
بعد از پر نمودن کامل لایسیمترها، برای خارج کردن هوای محبوس شده در داخل خاک و ایجاد تراکم مناسب برای خاک، خروجی لایسیمترها کاملا بسته شد و داخل لايسيمترها با آب پر گردید و به مدت یک هفته به طور کامل در حالت اشباع قرار گرفت. بعد از یک هفته خروجی لايسيمترها باز شد تا آب داخل آنها به طور کامل تخلیه گردد و بر روی خاک داخل لايسيمترهایی که خاک آنها نشست زیادی پیدا کرده بودند خاک اضافه گردید. سپس لایسیمترها به مدت یک هفته به همین حالت رها شدند تا خشک شوند و برای کشت آماده گردند.
پس از آماده سازی زمین و نصب لايسيمترها بذر چمن در داخل لايسيمترها و زمین اطراف آن کاشته شد. برای محاسبه پتانسیل نیاز آبی گیاه نباید به گیاهان تنش آبی وارد گردد، به همین دلیل آبیاری داخل لايسيمترها باید کمی بعد از ظرفیت زراعی صورت گیرد تا از وارد شدن تنش رطوبتی به گیاه جلوگیری شود. به دلیل رسی بودن خاک منطقه، دور آبیاری برای داخل لايسيمترها در گرم ترین روزهای تابستان ۲ روز در نظر گرفته شد.
آبیاری داخل لايسيمترها باید به گونه ای باشد که مقداری از آب داخل لايسيمترها از خروجی کف آن خارج گردد تا بتوان مطمئن شد که آبیاری به طور کامل انجام گرفته است. به همین دلیل میزان آب مصرفی در هر نوبت آبیاری بیشتر از نیاز آبی گیاه و ظرفیت نگهداری رطوبت خاک در نظر گرفته می شد تا پس از هر آبیاری لایسیمتر خروجی داشته باشد. میزان آب ورودی در زمان آبیاری لایسیمترها، توسط کنتور حجمی دقیق اندازه گیری شد. آبیاری داخل لايسيمترها سه بار در هفته انجام می گرفت.
برای محاسبه میزان تبخیر و تعرق از معادله بیلان آبی زیر استفاده گردید.
