بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
بررسی مدلهای تجربی تعیین تبخیر و تبخیر - تعرق گیاه مرجع و مقایسه آن با روش استاندارد (FPM)؛ مطالعه موردی دشت مشهد
چکیده:
فرایند تبخیر و تعرق یکی از مولفههای اصلی چرخه هیدرولوژی است که نقش حیـاتی در مطالعـات کشـاورزی و هواشناسـی از جملـه طراحی سیستمهای آبیاری و زهکشی، طراحی مخازن و برنامهنویسی آبیاری دارد که تعیین صحیح آن در علـوم آب از قبیـل مطالعـات توازن هیدرولوژیکی و مدیریت منابع آب از اهمیت ویژهای برخوردار است. ضروریست که در تنوع اقلیمی ایران، مناسـبتـرین مـدل بـا سنجش حساسیت مدلهای رایج و تخمین میزان تبخیر و تعرق معین گردد. با توجه به مشکلات متعددی که در بکارگیری لایسیمترها وجود دارد و همچنین عدم وجود ایستگاههای سینوپتیک در اغلب مناطق، استفاده از مدلهایی که بتوانند تبخیـر و تعـرق را بـا دقـت مطلوبی برآورد نمایند، امری ضروری به نظر میرسد. در این مقاله حساسیت مدلهای مختلف بـه متغیرهـای هواشناسـی شـهر مشـهد توسط مدلهای تبخیر و تعرق گیاه مرجع (چمن) و تبخیر محاسبه گردیده و سپس با مدل فائو – پنمن - مانتیث که مـدلی اسـتاندارد برای سنجش میباشد، مورد مقایسه قرار گرفتهاند که این روشها عبارتند از: -1 هارگریوز- سامانی -2 تورک -3 ترنت وایت -4 بلانـی کریدل -5 هفنر -6شاهتین -7 مارسیانو -8یو اس بی ار -9 مه یر. بررسی های صورت گرفتـه نشـان داد روش ترنـت وایـت بـا میـزان خطای 1,08 (RMSE) و ضریب تبیین 0,964 (R2) بهترین مدل برای برآورد تبخیر - تعرق در محدوده مورد بررسی میباشد.
واژههای کلیدی: پنمن مانتیث، تبخیر - تعرق، گیاه مرجع، مدل استاندارد، مشهد.
.1 مقدمه
آب یکی از مهم ترین عوامل در ایجاد موجودات زمینی است لذا آب را مایه زندگی و حیات دانسته اند. با اینکه بیش از دو سوم سطح زمین را آب اشغال کرده و قاره ها را آبهای اقیانوس های بزرگی چون آرام و اطلس احاطه کرده است، با این همه مشکل بخش عظیمی از موجوداتی که در خشکی زندگی می کنند، کمبود آب به ویژه آب شیرین است.
ایران در منطقه ای از جغرافیای زمین قرار گرفته که کمبود آب شیرین در آن به طور کاملا محسوس است. در حال حاضر منازعاتی در جهان شکل گرفته که از آن به جنگ آب یاد می شود. در جهان امروز، تسلط و مدیریت آب به معنای تسلط بر ثروت و قدرت است.کشور ایران دارای اقلیم خشک و نیمهخشک است که ریزشهای کمِ جوّ، رگبارهای شدید، وقوع جریانهای سیلابی و تبخیر (تبخیر تعرق) زیاد از ویژگیهای آن به شمار میآید.( بیات ورکشی، م." Evaluation of Different Reference ."Evapotranspiration Methods and their Zonings in Iran ش .4 پژوهش های جغرافیایی طبیعی)
همواره تلاش برای آن است که تا حد امکان از ریزشهای جوی، جریانهای سطحی و منابع آب زیرزمینی به روش مطلوب استفاده شود. این کار بدون شناخت دقیق نیازهای آبی در بخش کشاورزی عملی نخواهد بود برای تخمین و تعیین پتانسیل تبخیر تعرق گیاهان زراعی، نیاز به تبخیر تعرق از سطوح گیاهی مرجع در منطقه می باشد. اهمیت تبخیر و تعرق از آنجا مشخص می شودکه بدانیم در سطح دنیا % 57آبی که بر روی خشکی ها می ریزد، مستقیماً به صورت تبخیر و تعرق از دسترس خارج می شود. تبخیر و تعرق بر دوگونه است:
الف) تبخیرتعرق پتانسیل(بالقوه – مرجع)که تعاریف مختلفی از آن شده که یکی از آنها عبارتست از: شدت تبخیر و تعرق از یک سطح پوشیده از چمن یکنواخت با ارتفاع 15-8 سانتیمتر که رشد فعال داشته و زمین را به طور کامل می پوشاند و کمبود آب ندارد.
ب) تبخیر تعرق واقعی که عبارتست از: شدت تبخیر و تعرق از هر نوع سطح مزروعی و در یک زمان مشخص(ایستوا و همکاران، 2005؛میکاوهمکاران،( 2005 (خاشعی سیوکی، ع . ".(1391)بررسی روش های تجربی تعیین تبخیر و تعرق گیاه مرجع و مقایسه آنها با روش استاندارد (FPM)در اقلیم خشک و نیمه خشک نیشابور و اقلیم گرم و مرطوب بندرعباس")
که با داشتن تبخیر تعرق پتانسیل و ضریب گیاهی (kc) می توانیم نیاز آبی گیاه مورد نظر را محاسبه کنیم تا در هر منطقه گیا ه مناسب را کشت کرده و بیشترین راندمان را داشته باشیم.
نیاز آبی گیاه به اقلیم، نوع گیاه و مرحله رشد گیاه وابسته است. برای محاسبه نیاز آبی گیاهان مختلف برای ماه های مختلف فصل رشد تا زمان کامل شدن رشد گیاه باید تمام پارامترهای موثر را مدنظر قرار داد.برای به دست آوردن این اطلاعات استفاده از داده های محلی اندازه گیری شده مناسب تر از داده های محاسباتی است.در نواحی خشک و نیمه خشک که تمامی یا قسمت اعظم احتیاجات آبی گیاهان به وسیله نزولات جوی تامین نمی شود، آبیاری امری ضروری است. لذا اندازه گیری یا برآورد آب مصرفی گیاهان اولین مرحله تعیین مقدار آب مورد نیاز آبیاری می باشد.چون اندازه گیری دقیق آب مورد نیاز گیاهان نسبتاٌ دشوار و وقت گیر می باشد و در برنامه ریزی پروژه های آبیاری فرصت این کار نیست، لذا از روش های تخمینی استفاده می شود. برای این منظور روش ها و فرمول های تجربی متعددی پیشنهاد شده است که همگی بر اساس آمار پارامترهای مختلف هواشناسی است.با توجه به چگونگی آمار هواشناسی باید از روش هایی استفاده نمود که علاوه بر نیاز به حداقل آمار هواشناسی، بتواند تخمین خوبی از آب مورد نیاز زراعت ها را به دست آورد.( انصاری، ح .،شریفان، ح .،داوری، ک .،(" .(1388 آبیاری عمومی(اصول و عملیات)".انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد.)
.2 مواد و روش ها
داده های مورد استفاده در این تحقیق از ایستگاه های هواشناسی سینوپتیک مشهد با عرض جغرافیایی 36 درجه شمالی و طول جغرافیایی 59درجه ی شرقی و 999,2 متر ارتفاع از سطح در طی 55 سال آمار هواشناسی استخراج شده است.
مدل های مورد استفاده:
در مطالعه حاضر از 5 روش تخمین تبخیر و تعرق گیاه مرجع و از روش های تجربی تخمین تبخیر به منظور ارزیابی انواع روشهای تبخیر - تعرق و تبخیر پرداخته شده است که این روش هاعبارتند از :
-1 بلانی کریدل :
-2 تورنت وایت :
-3 تورک :
-4 هارگریوز سامانی :
در رابطه های بالا E مقدار تبخیر از سطح آزاد برحسب میلی متر در روز، P نسبت ساعات روشنایی هر روز در ماه مورد نظر به کل ساعات روشنایی سال، T متوسط درجه حرارت ماهانه، a و b ضرایب اقلیم، RH رطوبت نسبی و RHMIN رطوبت نسبی حداقل (درصد)، Ra تابش خورشیدی خارج از جو به میلیمتر آب تبخیر پذیر، u سرعت باد در ارتفاع 2 متری (کیلومتر در ساعت)، n تعداد ساعات واقعی آفتاب، N حداکثر تعداد ساعات آفتاب ممکن در روز که مقادیر آن برای ماه های مختلف سال و عرض های جغرافیایی متفاوت فرق می کند و Im نمای حرارتی برای هر ماه، I نمای حرارتی سالیانه، RS تابش ورودی خورشید با طول موج کوتاه می باشد. ( علیزاده، ا . " .(1389) رابطه آب و خاک و گیاه". انتشارات دانشگاه امام رضا(ع).)
که در آنها E مقدار تبخیر از سطح آزاد آب(میلی متر در روز)،U سرعت باد در ارتفاع 2 متری(کیلومتر در ساعت)،eaو es فشار بخار اشباع و فشار واقعی بخار آب در هوا(میلی متر جیوه) و C ضریبی است که برای دریاچه های کم عمق 0,5 و برای دریاچه های
عمیق 0,36 در گرفته می شود .
مقادیر eaو es توسط روابط زیر قابل محاسبه اند:
در معادلات فوق ( es ( Tx و ( es ( Tn به ترتیب مقدار فشار بخار اشباع در دماهای حداکثر و حداقل است. ea نیز معرف فشار بخار واقعی هوا می باشد.
-9 سازمان عمران اراضی آمریکا USBR
در این معادلات E مقدار تبخیر از سطح آزاد برحسب میلی متر در ماه است که برای یکسانی کار به مقادیر روزانه تبدیل شده اند. T [1] میانگین دمای هوا(درجه سانتی گراد)،RHمیانگین رطوبت نسبی(درصد)است( علیزاده، ا . " .(1386) اصول هیدرولوژی کاربردی". انتشارات دانشگاه امام رضا(ع).)
-10 پنمن مانتیث :
از نرم افزار Crop Wat برای تعیین این مدل استفاده شده است.
