بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
مدلسازی تبخیر-تعرق مرجع با استفاده از دادههای محاسباتی و لایسیمتری در دشت شهرکرد
چکیده
برآورد مقادیر تبخیر- تعرق پتانسیل برای محاسبه نیاز آبی در راستای برنامهریزی کشاورزی برای محصولات مختلف، از اهمیت زیادی برخوردار است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی مدلهای ترکیبی برای برآورد تبخیر تعرق مرجع در ایستگاه شهرکرد انجام گرفت. نتایج نشان داد که از بین 12 روش مورد بررسی در نرمافزار Ref-ET ، روشهای Harg(1985)، Makk(1957) و FAO24BC دارای بالاترین همبستگی با دادههای لایسیمتری میباشند. همچنین ترکیبهای مختلف این سه روش برای برآورد مقادیر بدست آمده از لایسیمتر مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بین روشهای تک متغیره، بهترین روش برای برآورد ETO، روش Harg(1985) با ضریب تبین % 80 میباشد و از بین روشهای چند متغیره، یک مدل خطی که دو روش Harg(1985) و Makk(1957) بعنوان متغیرهای مستقل در آن وارد میشوند، نزدیکترین و بهترین برآورد را (با ضریب تبیین %84 می باشد) برای مقادیر دادههای لایسیمتری بدست میآورد. بنابراین در صورت در اختیار نداشتن دادههای لایسیمتری با استفاده از این مدلهای خطی میتوان نتایج واقعیتری برای تبخیر -تعرق مرجع در منطقه به دست آورد.
کلمات کلیدی: تبخیر -تعرق مرجع، Ref-ET، لایسیمتر
.1 مقدمه
برآورد مقادیر تبخیر -تعرق پتانسیل برای محاسبه نیاز آبی در راستای برنامهریزی کشاورزی برای محصولات مختلف، از اهمیت زیادی برخوردار است. براساس استاندارد فائو تبخیر - تعرق گیاه مرجع عبارت است از میزان آبی که از یک مزرعه پوشیده از گیاه مرجع (نظیر چمن) در یک دوره زمانی مشخص تلف شود به طوری که گیاهان این مزرعه در طول دورهی رشد با کمبود آب مواجه نشوند. برای اندازهگیری تبخیر- تعرق گیاه مرجع میتوان از روش مستقیم (استفاده از لایسیمتر) و غیرمستقیم (محاسباتی) استفاده کرد. از نظر علمی روشی بهتر است که آسان بوده و نتایج حاصله از آن واقعیتر باشند. لایسیمتر تنها روش مستقیم برآورد تبخیر تعرق است. هرچند هزینه نصب و نگهداری، استفاده از آن را مشکل ساخته است، لیکن در ارزیابی روشهای غیر مستقیم برآورد تبخیر تعرق اهمیت دارد. پارامترهای هواشناسی تنها عوامل مؤثر بر تبخیر تعرق گیاه مرجع میباشند. بنابراین تبخیر -تعرق گیاه مرجع یک نمایه وابسته به اقلیم است و میتوان آن را بر مبنای دادههای هواشناسی محاسبه کرد. با توجه به دشواری اندازهگیری دقیق در مزرعه، تبخیر تعرق، به طور معمول با استفاده از دادههای هواشناسی محاسبه میشود. معادلههای تجربی و نیمه تجربی بسیاری برای برآورد تبخیر تعرق گیاهان یا تبخیر تعرق سطح مرجع از روی دادههای هواشناسی معرفی شده است. برخی روشها تنها تحت شرایط اقلیمی و زراعی خاص اعتبار دارند و توسعه آن به شرایط متفاوت امکانپذیر نیست (وزیری و همکاران،.(1387 در ارتباط با ارزیابی روشهای تعیین تبخیر تعرق پتانسیل پژوهشهای زیادی در مقیاس ملی و بینالمللی انجام شده است که در زیر به برخی از آنها اشاره میگردد. مرشدی (1394) طی انجام پژوهشی تبخیر -تعرق محاسبه شده با چند مدل ریاضی و سند ملی آب را با نتایج یک لایسیمتر زهکشدار کشت شده با یونجه در دشت شهرکرد مورد ارزیابی قرار داد. نتایج نشان داد که بطورکلی مدل HS از بیشترین ضریب تبیین به میزان0/985 و 0/988 در بازههای زمانی روزانه و ماهانه نسبت به دادههای لایسیمتری برخوردار بود. خوشحال و همکاران (1394)، درپژوهشی به منظور یافتن بهترین مدل برآورد تبخیر تعرّقو مرجع منطبق بر تبخیر- تعرق حاصل از دادههای تشت تبخیر برای حوضه آبریز شرق و جنوب شرقی کشور، از اطلاعات 66 ایستگاه هواشناسی و هیدرومتری مستقر در حوضه آبریز استفاده کردند. سپس با تکیه بر روش خوشهبندی، ایستگاهها بر اساس آزمون فیشر و توکی به 1 خوشه تقسیم و تبخیر -تعرق مرجع حاصل از تشت تبخیر این 1 خوشه با مقادیر تبخیر -تعرق مستخرج از 8 معادله تبخیر- تعرق براساس پارامترهای آماری مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصله، روشهای هارگریوز سامانی، بلانی کریدل فائو 24 ، تورک و پریستلی- تیلور با توجه به ابعاد زمانی متفاوت، بهترین انطباق را با مقادیر تبخیر -تعرق مرجع حاصل از تشت تبخیر داشتند. سالاریان و همکاران (1393) پژوهشی را در اصفهان انجام دادند که در آن صحت شش روش تجربـی محاسـبه تبخیـر -تعـرق پتانـسیل (روش تشعـشعی-فـائو 24، بلینـی-کریـدل -فـائو، هارگریوز-سامانی، پریستلی تیلور، مکینگ 1957و تورک) در مقابل روش پرکاربرد فائو پنمن - مانتیث مقایسه گردید. در این پژوهش به کمـک نـرم افـزار Ref-ET در طی آمار 47 ساله (1964-2010) برای ماههای سرد و گرم سال که بر اساس متوسط دما به کمک نرمافزار SAS تقسیمبندی شدهاند محاسـبات انجـام شد. نتایج نشان داده در اکثر موارد این معادلات برای ماه-های سرد سال کاربرد داشته که در آن به ترتیب استفاده از معـادلات بلینـی -کریـدل، مکینـگ تشعشعی، هارگریوز، تورک، تیلور به دلیل دارا بودن ضریب تعیین تعدیل یافته بزرگتر (نزدیک به یک) و خطای کمتر (نزدیک به صفر) جایگزین مناسب برای معادله فائو پنمن- مانتیث میباشند. سپاسخواه و رزاقی (2009) روش هارگریوز – سامانی را به دلیل وجود اطلاعات مربوط به دمای هوا دراغلب ایستگاههای هواشناسی، مناسب دانسته و درصد خطای آن را اندک گزارش کردهاند. گلستانی و طباطبائی (1385) مقدار ET0 را براساس سه روش متداول بلینی- کریدل- فائو، پن من- مانتیث- فائو و هارگریو- سامانی تعیین نموده و نتیجه گرفتند که با توجه به اقلیم منطقه و استفاده رو به گسترش مدلهایی از قبیل پن من-مانتیث به روش انجمن مهندسین عمران آمریکا (ASCE-PM) لازم است ضرایب این روش در مناطق مختلف استان چهارمحال و بختیاری واسنجی شود تا نتایج قابل قبولی از آن استخراج گردد. روشن و همکاران (1390) در مطالعات خود در زمینهی ارزیابی مـدل مناسـب تبخیـر و تعـرق بـالقوه در ایران، از چهار روش تورنث وایت، جنسن ـ هیز، بلی نی ـ کریدل و هارگریوز ـ سامانی استفاده کردنـد و بـه ایـن نتیجه رسیدند که روش بلینی ـ کریدل همخوانی بهتری با شرایط ایران دارد. با توجه به اینکه پدیده تبخیر -تعرق پدیدهای منطقهای است، نه نقطه ای و با توجه به تغییرات مکانی عوامل دخیل در تبخیر اعم از سطح تبخیرکننده و عوامل محیطی مؤثر بر آن در برآورد مقدار تبخیر تعرق بایستی اقدام به مدلسازی توزیعی در مکان کرد (آلن و همکاران، .(2002
هدف این پژوهش ارزیابی و مقایسه روشهای محاسبه تبخیر -تعرق براساس دادههای هواشناسی و تبخیر -تعرق حاصل از لایسیمتر در منطقه شهرکرد جهت ارائه مدلی آماری برای برآورد بهتر تبخیر -تعرق مرجع میباشد.
.2 مواد و روشها
این پژوهش به منظور تعیین تبخیر -تعرق مرجع (چمن) در شرایط آب و هوایی شهرکرد با عرض جغرافیایی 32 درجه و 21 دقیقه شمالی و طول 50 درجه و 49 دقیقه شرقی و ارتفاع 2061 متر از سطح دریا در استان چهارمحال و بختیاری در سال زراعی 93-94 در یک لایسیمتر زهکشدار در مجاورت ایستگاه هواشناسی دانشگاه شهرکرد انجام شد. آبیاریها زمانی انجام گرفت که رطوبت خاک داخل لایسیمتر در حد رطوبت سهل الوصول باقی بماند. قبل از هر آبیاری با استفاده از دستگاه رطوبت سنج شرکت دلتا تی (SM300)، رطوبت در سطح و در عمقهای 20 و 40 سانتی متری خاک اندازهگیری و سپس با توجه به کمبود رطوبت از حد ظرفیت مزرعهای، مقدار آب آبیاری به صورت حجمی مطابق رابطه (1) محاسبه و به لایسیمتر مورد نظر اعمال شد.
که در آن،V، حجم آب آبیاری ( (m3، ، رطوبت در نقطه ظرفیت زراعی (حجمی)، ، رطوبت خاک (حجمی)، Dr، عمق مؤثر ریشه گیاه چمن (m)، A و مساحت لایسیمتر (m2 ) میباشد. با توجه به نوع خاک لایسیمتر (لوم رسی) مقدار رطوبت در نقطه ظرفیت زراعی36 درصد حجمی و عمق ریشه موثرگیاه چمن نیز 30 cm در نظر گرفته شد.
برای اطمینان از تأمین آب مورد نیاز چمن، حدود 5 تا 10 درصد بیشتر از آب محاسبه شده به لایسیمتر داده شد تا آب اضافی از زهکش لایسیمتر خارج و گیاه چمن کمبودی از نظر آب آبیاری نداشته باشد. زه آب قبل از هر آبیاری توسط ظروف مدرج جمعآوری و اندازهگیری شد. سپس مقدار تبخیر -تعرق از لایسیمتر با استفاده از معادله (2) تعیین گردید. در این معادله ، تبخیر و تعرق واقعی گیاه ، ، مقدار آب آبیاری، ، میزان بارش، ، مقدار آب زهکش، ، رطوبت خاک اولیه و ، رطوبت خاک زمان اندازهگیری بوده که با رطوبت سنج تتاپروپ بدست آمدهاند (همه پارامترها بر حسب میلیمتر هستند).
دادههای هواشناسی مورد نیاز از ایستگاه هواشناسی شهرکرد برای یک دوره زمانی 75 روزه به صورت روزانه تهیه شد و تبخیر تعرق مرجع به صورت دورههای سه روزه طبق روشهای موجود در نرمافزار Ref-ET محاسبه شد (آلن و همکاران.(1998 نرمافزار مذکور در سال 2001 در دانشگاه آیداهو براساس دستورالعمل نشریه فائو (آلن و همکاران، (1998 تهیه شد که توانایی به کارگیری طیف وسیعی از دادههای هواشناسی را به عنوان ورودی برای محاسبه ET0 به روشهای مختلف، در خود دارد (فونتنت،.(2004 با تنظیم دادههای هواشناسی مورد نیاز برای هریک از روشها در قالب سری دادهها در محیط نرمافزار Ref-ET و اجرای آن، تبخیر تعرق روزانه به روشهای مختلف محاسبه گردید. در نهایت نتایج بدست آمده با استفاده از نرمافزار Minitab مورد ارزیابی قرار گرفت.
.3نتایج و بحث
ضریب تبیین برای 12 روش مورد بررسی در نرم افزار Ref-ET در جدول 1 آورده شده است. مشاهده میشود که روش Harg(1985) دارای بالاترین ضریب تبیین و روش FAO56PM دارای کمترین ضریب تبیین میباشد. به دلیل اینکه سه روش Harg 1985، FAO24BC و Makk 1957 دارای رتبههای بالاتر ضریب تبیین هستند در مدلسازی تبخیر و تعرق مرجع مورد استفاده قرار گرفتند.
در جدول 2 مدل های خطی تک متغیره برای برآورد تبخیر و تعرق مرجع با استفاده از روش های سه گانه انتخاب شده ارائه شده اند. در این مدلهای خطی مقادیر تبخیر تعرق بدست آمده از روشهای فوق بعنوان متغیر مستقل و مقادیر بدست آمده از لایسیمتر بعنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شد.
همانطور که مشاهده می گردد بیشترین مقدار ضریب تبیین مربوط به روش Harg(1985) می باشد. شکل 1 الف نشان میدهد روش Harg(1985)در برآورد تبخیر و تعرّق مرجع در مقایسه با روش FAO24BC وMakk 1957از دقّت بیشتری برخوردار بوده است.
