بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از مهمترین اجزای معادله بیلان آب تبخیر است که نقش مهمی در برنامه ریزی منابع آب دارا میباشد. در مناطق خشک به ویژه در حوضههای آبریز بسته، سهم تبخیر از دریاچهها در بیلان حوضه قابل توجه است. در این مطالعه مدلSDME که یک مدل ماهانه بر مبنای معادله بیلان انرژی-نسبت بوئن و با استفاده از دادههای سنجش از دور می باشد، برای برآورد تبخیر از پهنههای آبی توسعه داده شد این مدل تغییرات مکانی متغیرهای اقلیمی و اثر شوری را در نظر میگیرد. سپس این مدل برای برآورد نرخ تبخیر از سطح دریاچه ارومیه طی ماههای گرم سال 2010 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان میدهدکه نرخ متوسط تبخیر از سطح دریاچه از1/37 تا 5/22 میلیمتر در روز در طول ماههای آوریل تا نوامبر سال 2010 میلادی تغییر میکند همچنین مجموع ارتفاع تبخیر در 8 ماه گرم سال 2010 میلادی معادل 837 میلیمتر میباشد.
1. مقدمه
یکی از بخش های مهم مطالعات هیدرولوژیکی و منابع آب که به عنوان یک بخش ضروری در طرحهای مدیریت منابع آب مطرح میباشد برآورد پارامترهای معادله بیلان آب است. یکی از مهمترین این اجزا تبخیر است.تبخیر برخلاف سایر اجزای معادله بیلان آب به طور مستقیم به دست نمیآید و همچنین مقدارآن به طور پیوسته وابسته به شرایط اقلیمی وآب هوایی منطقه میباشد این امر باعث توسعه روشهای متنوعی برای برآورد این ترم از پهنههای آبی شده است.
تیخیر از سطح دریاچهها وسیع دارای تغییرات مکانی قابل توجهی است و نرخ تبخیر در این محیطها با توجه به شرایط اطراف و ویژگیهای دریاچه - نظیر عمق، سطح، شفافیت و کیفیت آب - در زمان های مختلف سال متغیر میباشد.[1]برآورد تبخیر از دریاچههای شور در مقیاسه با دریاچههای آب شیرین باچالش بیشتری همراه است زیرا باید اثر شوری بر روی تمام متغیرهای موثر در برآورد تبخیر دیده شود. بررسی ها نشان داده است که این عامل به صورت غیرخطی در برآورد تبخیر مداخله میکند.[2]
به طور کلی روش های مورد استفاده در برآورد تبخیر از سطح آب را میتوان به چهار دسته تقسیم نمود: - 1اندازه گیری با تشتک تبخیر - 32بیلان آب - 34بیلان انزژی - 4 5انتقال جرم.[3]6 طبق تحقیقات بسیاری از محققین، روش بیلان انرژی از نقطه نظر فیزیکی دقیقترین روش برآورد تبخیر به حساب میآید و همچنین به عنوان مناسبترین روش برای محاسبه تبخیر از سطوح آبی معرفی شده و در بسیاری از مراجع به عنوان روش مرجع برای مقایسه روشهای مختلف به کار گرفته میشودRosenberry.[4] وهمکاران برآورد تبخیر از دریاچه Mirror را با 15 روش مختلف انجام داده اند و نتایج را مقایسه نمودندکه براین اساس نسبت به روش مبنای بیلان انرژی و نسبت بوئن - - BREB نتایج حاصل از روشهای Penman و-Priestley Taylor و debrin-Keijman در محدوده 20 در صد نتایج روش BREB واقع شدند.
[5] روش بیلان انرژی بر اساس قانون بقای انرژی بنیان نهاده شده است. در این روش با برآورد مجموع جبری انرژیهای ورودی، خروجی و تغییرات ذخیره آن در آب دریاچه ، مقدار تبخیر از سطح دریاچه محاسبه میشود.یکی از چالشهای اصلی محاسبه تبخیر با استفاده از مدل بیلان انرژی نیاز این مدل به متغیرهای زیاد هیدرواقلیمی میباشد. نتایج مطالعات محققان نشان داده است دادههای حاصل از سنجش از دور با اطمینان مناسبی میتوانند در مدلهای پایه فیزیکی برآورد تبخیر و تبخیر -تعرق از سطح حوضههای آبریز استفاده شوند. این دادهها به علت در نظر گرفتن وسعت منطقهای زیاد، تغییرات مکانی و همچنین داشتن داده برای نقاط با دسترسی سخت میتوانند منبع مناسبی برای تامین دادههای مورد نیاز این گونه مدلها باشند.
مدلهای مختلفی برای برآورد تبخیر با استفاده از دادههای سنجش از دور توسعه داده شده است این مدلها بر مبنای روشهای مختلفی مانند بیلان انرژی و پنمن مانتیث توسعه داده شده اند اما روش رایج برآورد تبخیر و تعرق بر مبنای سنجش از دوراکثراً، بر اساس روش بیلان انرژی میباشد. بهطور کلی روشهای بیلان انرژی برای برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از سنجش از دور به دودسته مدلهای تک منبعی1 و دو منبعی2 تقسیم میشوند. مدلهای تک منبعی، مجموعهی خاک و گیاه را بهعنوان یک منبع واحد تحت عنوان "برگ بزرگ" در نظر میگیرند [6]و تنها از یک مقاومت آیرودینامیکی در فرآیند انتقال آب- گرما استفاده میکنند.
حال آنکه مدلهای دو منبعی ضمن تفکیک خاک و گیاه در کلیه فرآیند مدلسازی، از چندین مقاومت مجزا برای خاک و گیاه استفاده میکنند[7] برای شرایطی که پوشش گیاهی کم و یکنواخت در منطقه غالب باشد، ممکن است مدلهای تک منبعی مناسب باشند؛ اما در نواحیای که پوشش گیاهی بهطور پراکنده توزیع شده باشند مدلهای دو منبعی توصیه میشوند.[8] از نمونه مدلهای تک منبعی رایج میتوان به مدلهای SEBS5 [10] METRIC4 [9] SEBAL3 [11] اشاره کرد. عمده این مدلها اساسا برای برآورد تبخیر از سطوح آبی توسعه داده نشدهاند ولی در بعضی مطالعات با ایجاد تغییراتی بر روی این مدلها از آنها برای محاسبه تبخیر در سطوح آبی استفاده شده است.
برای مثال تبخیر از دریاچه زیوای در اتیوپی با استفاده از تصاویر[12] Landsat و دریاچه منیندی در استرالیا با استفاده از 22 تصویر MODIS و 4 تصویر [13] Landsat و تالاب نانسی در چین با استفاده از تصاویرLandsat-7 ETM+ [14] با استفاده از مدل SEBAL برآورد شد همچنین تبخیر از دریاچه ویکتوریا در آفریقا و گریت سالت لیک در آمریکا [15] با استفاده از مدل SEBS برآورد شده است.
اکثر مدلهای سنجش از دور توسعه داده شده بر مبنای بیلان انرژی مقدار تبخیر را به صورت لحظه ای و در بازه کوتاه مدت بدست میآورند در واقع این مدلها با دریافت دادههای مورد نیاز در لحظه مورد نظر، خروجی مدل را برای آن لحظه محاسبه میکنند این امر که به دلیل گذر لحظهای ماهواره از منطقه مورد نظر انجام میشود یکی از مهمترین علل خطا در برآورد تبخیر با این گونه مدلها است. زیرا که این مدلها پس از محاسبه تبخیر در لحظه مورد نظر با استفاده از نسبتی به نام نسبت تبخیر6 مقدار تبخیر را در بازه بلند مدت بزرگ مقیاس7میکنند. مدل توسعه داده شده در این مطالعه مقدار تبخیر را در گام ماهانه به صورت مستقیم به دست میآورد در واقع این مدل بدون استفاده از نسبت تبخیر مقدار ورودی ها را به صورت ماهانه گرفته و خروجی را نیز به صورت ماهانه ارائه میدهد.
مطالعات فراوانی برای برآورد تبخیر از سطح دریاچه ارومیه انجام شده است و در این مطالعات از روشهای مختلفی مانند تشتک تبخیر مورد استفاده قرار گرفته است. روش های مبتنی بر سنجش از دور نیز برای برآورد تبخیر از سطح دریاچه ارومیه مورد استفاده قرار گرفته است باقری هارونی - 1390 - ، نرخ تبخیر تعرق از حوضه آبریز دریاچه ارومیه را با استفاده از روش SEBAL و سنجنده MODIS بر مبنای یک تصویر بدون ابر در هرماه، برآورد نمود. بر این اساس، نرخ تبخیر سالانه از دریاچه در دوره آماری 2002 تا 2008 در محدوده 900 تا 1300 میلی متر گزارش شده است.
[16] سیما - - 1392 با استفاده توام از داده های 14 ایستگاه هواشناسی و تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS و همچنین با استفاده از مدل سنجش دوری SDDE برای دوسال 2009 و 2010 مقدار تبخیر برای ماههای گرم سال به ترتیب برابر مقدار متوسط 5/16 و 5/20 میلی متر بر روز بدست آورد.[17] روح االله ضایی - 1393 - با استفاده از داده های هواشناسی 4 ایستگاه نزدیک به دریاچه و همچنین با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS مقدار تبخیر ماهانه را در بازه تابستان برای 4 سال 1385 تا 1388 با دو مدل SEBALو SEBS بدست آورد در این مطالعه مقدار تبخیر در این بازه زمانی بین 6/59 تا 5/03 میلی متر بر روز بدست آمد.[18] فاضل مجتهدی و همکاران - - 1394 نیز با استفاده از روش دوبرین-کژمن و استفاده از داده های هواشناسی 13 ایستگاه نزدیک به دریاچه مقدار تبخیر دریاچه را برای سال 1995میلادی برابر1388 میلیمتر برآورد نمودند.[19]
2. منطقه مورد مطالعه
دریاچه ارومیه در زمره وسیع ترین دریاچه های فوق شور جهان به حساب میآید[ 20]وبزرگترین دریاچه داخل کشور ایران میباشد - شکل. - 1 در دو دهه گذشته، کاهش ریزش های جوی و افزایش بهرهبرداری بی رویه از منابع آب حوضه برای مصارف کشاورزی، منجر به کاهش جریانات ورودی به دریاچه و افت قابل توجه تراز آب آن شده است. سطح تراز آب این دریاچه در آبان سال 1395 معادل 1270/047 متر از سطح دریا میباشد که نسبت به تراز نرمال آن در سال - 1278/02 - 1374 حدود 8 متر افت داشته است. همچنین تراز اکولوژیک این دریاچه 1274/1 میباشد.[21] با توجه به سطح وسیع دریاچه و عمق کم آن نرخ تبخیر از سطح دریاچه ارومیه به عنوان تنها ترم تلفات آب از این پهنه آب شور از اهمیت بالایی در محاسبات بیلان و مدیریت منابع آب حوضه برخوردار است.
3. روش مطالعه
برای برآورد دقیق تبخیر از سطح دریاچههای وسیع و با شرایط کیفی متفاوت از آب شیرین، نیاز به مدلی است که دارای خصوصیات زیر باشد: .1در نظر گرفتن تغییرات مکانی متغیرهای هیدرو اقلیمی تبخیر از سطح دریاچه باید به صورت یک متغیر با تغییرات مکانی در نظر گرفته شود برای مثال محدوده تغییرات نرخ تبخیر از سطح دریاچه ارومیه در حد 7 میلیمتر در روز است[17] به همین دلیل مدل باید ورودی هایی به صورت نقشههای متغیرهای هیدرولوژیکی مختلف مورد نیاز را - چه به صورت لایههای مکانی و چه دادههای ایستگاهی - دریافت کند و تبخیر نیز به شکل یک معادله تصویری حل شده از تصاویر دریافتی بدست آید.
.2در نظرگرفتن شوری به عنوان یک مولفه موثر بر روی تمام متغیرهای برآورد تبخیر اکثر مدلهای سنجش از دور توسعه داده شده بر مبنای بیلان انرژی، یا شوری را لحاظ نمی کنند و یا آن را به صورت یک ضریب کاهشی در انتهای فرآیند تبخیردر نظر میگیرند ولی اثر شوری باید در تمام مراحل و به عنوان یک مولفه تاثیر گذار برتمام متغیرها دیده شود. .3طراحی مدل براساس پهنههای آبی مدل های بیلان انرژی مبتنی بر سنجش از دور اکثرا مدلهای بالصرف برآورد تبخیر و تعرق هستند که برای استفاده در حوضههای آبریز طراحی شده اند و خصوصیات محیطهای آبی را در نظر نمیگیرند.
