بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
مدل سازی تبخير - تعرق چمن تحت شرایط غیر استاندارد با استفاده از سیستم های استنتاج فازی
چکیده
و به منظور برآورد تبخير - تعرق واقعی چمن، آزمایشی در سال ۱۳۸۹ در ایستگاه هواشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. در این آزمایش، تبخير - تعرق واقعی چمن در سطوح مختلف کم آبیاری (۱۰۰، ۸۱، ۶۳ ۵۷ و ۴۱ درصد) با سیستم آبیاری بارانی تک شاخه ای، در دوره - های دو روزه به روش بیلان آبی اندازه گیری گردید. همچنین تبخیر-تعرق گیاه مرجع به روش های پنمن- مونتیث فائو، هارگریوز-سامانی و تشت تبخیر نیز برآورد گردید. با محاسبه ضرایب گیاهی در هر سطح آبیاری و بررسی مدل های مختلف فازی و ترکیب های مختلف داده های روزانه هواشناسی، ۵ مدل فازی برای برآورد تبخیر و تعرق واقعی روزانه ارائه شد. در این مدل ها تبخير - تعرق محاسبه شده از معادله پنمن- مونتیث فائو به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شده و کارایی مدل های مورد مقایسه با استفاده از آمارههای ریشه میانگین مربع خطا، خطای انحراف میانگین، ضریب تعیین و معیار جاکوویدز (t) و معیار صباغ و همکاران مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقادیر تبخير - تعرق محاسبه شده در شرایط استاندارد با روشهای پنمن- مونتیث فائو و هارگریوز - سامانی، در مقایسه با روش بیلان آبی به ترتیب، ۱۷ و ۱۴ درصد بیش برآورد داشته اند. با آنالیز مقادیر تبخير - تعرق در شرایط غیر استاندارد مشخص شد که کم آبیاری چمن موجب کاهش تبخير - تعرق واقعی آن می شود، در صورتی که اختلاف مقادیر تبخير - تعرق در شرایط اعمال ۲۰ درصد کم آبیاری تأثیر معنی داری بر میزان تبخير - تعرق نداشت. نتایج خروجی مدلهای فازی هم نشان دادند که مدل های فازی توسعه یافته با روش مدل ترکیبی (PMF56) تطابق نسبتا بالایی داشته و بنابراین توانایی لازم برای برآورد تبخير - تعرق واقعی در مقیاس روزانه را دارا می باشند.
واژه های کلیدی: تبخير - تعرق واقعی، استنتاج فازی، بیلان آبی، پنمن- مونتیث فائو، هارگریوز - سامانی
مقدمه
کشور ما، از لحاظ اقلیمی و شرایط آب و هوایی جزء کشورهای خشک و نیمه خشک محسوب میشود. در حال حاضر حدود ۹۴ درصد آب استیصالی از منابع آب کشور در بخش کشاورزی مصرف میشود و این در حالی است که سهم بخش آب شرب و صنعت به ترتیب ۵ و ۱ درصد می باشد (۶). طی سال های اینده علاوه بر افزایش جمعیت و نیاز این جمعیت به مواد غذایی با، توسعه صنعت و بالا رفتن سطح بهداشت الگوی مصرف آب در آینده تغییرات زیادی خواهد نمود.
بخش کشاورزی مصرف کننده اصلی آب در کشور است، بنابراین با بهبود مدیریت مصرف آب در این بخش و افزایش بهره وری مصرف آن می توان به نحو قابل توجهی در مصرف آب صرفه جویی کرد. یکی از مهم ترین روشهای بهبود مدیریت مصرف آب در مزرعه، تخمین دقیق میزان آب مصرفی گیاه است. همچنین اطلاع دقیق از آب مورد نیاز گیاه علاوه بر صرفه جویی در مصرف آب، پایه و اساس برنامه ریزی آبیاری و طراحی ظرفیت سامانه های آبیاری محسوب می شود. به همین منظور محاسبه نیاز آبی گیاه، قبل از طراحی سامانه مورد نظر از اهمیت ویژه ای برخوردار است که این مهم در مناطق خشک و نیمه خشک مانند ایران اهمیتی دوچندان می یابد. با توجه به اهمیت تعیین تبخیر-تعرق در مدیریت منابع آب، شناخت و بررسی روشهای تعیین تبخير - تعرق و عوامل موثر مربوط به آن میتواند در برنامه ریزی و مدیریت صحیح منابع آبی کشور نقش مهمی را ایفا کند
طی نیم قرن گذشته مدل های متعددی به صورت روابط ساده تجربی تا معادلات پیچیده علمی، توسط دانشمندان به منظور برآورد تبخیر-تعرق مرجع با استفاده از عوامل مختلف هواشناسی ارایه شده است. اغلب این روشها تحت واسنجی محلی به دست آمده و از اعتبار جهانی محدودی برخوردارند. اما ممکن است به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی، امکان استفاده از ایستگاه های هواشناسی مجهز برای جمع آوری و ثبت داده های دقیق هواشناسی وجود نداشته و یا در بعضی ایستگاه ها تنها برخی از پارامترهای هواشناسی اندازه گیری شود. در این صورت تخمین دقیق تبخیر-تعرق با استفاده از داده های هواشناسی محدود، مشکل خواهد بود. از طرف دیگر اثر متقابل پارامترهای هواشناسی از قبیل درجه حرارت، رطوبت نسبی، سرعت باد، تشعشع و برخی پارامترهای ناشناخته سبب شده تا، روابط ارائه شده برای تخمین تبخیر-تعرق، به روابطی غیرخطی و پیچیده تبدیل شوند. بنابراین مدلی که بتواند با استفاده از کمترین داده های هواشناسی، مقدار تبخير - تعرق را به صورت دقیق برآورد کند، بسیار سودمند خواهد بود. نیاز آبی تحت شرایط غیراستاندارد با توجه به نوع گیاه و شرایط اعمال مدیریت های مختلف در مزرعه تعیین می شود. در محاسبه نیاز آبی دو پارامتر تبخير - تعرق گیاه مرجع و ضریب گیاهی باید برآورد شود. با ضرب این دو پارامتر، مقدار نیاز آبی گیاه تعیین خواهد شد. نسبت تجربی تبخير - تعرق گیاه تحت شرایط استاندارد (ETC) به تبخير - تعرق گیاه مرجع (ETo) که ضریب گیاهی (K) نامیده شده، برای مرتبط کردن تبخير - تعرق گیاهان تحت شرایط استاندارد به تبخير - تعرق گیاه مرجع استفاده میشود ETo= Kc * ETC
تبخير - تعرق گیاهان تحت شرایط غیر استاندارد (ETcadj)، همان تبخير - تعرق گیاه تحت شرایط مدیریت زراعی و محیطی متفاوت از استاندارد است، که با استفاده از ضريب تنش آبی (Ks) یا اصلاح ضریب گیاهی (K) برای انواع تنشها و محدودیتهای محیطی مؤثر بر تبخير - تعرق، محاسبه می شود (۹).
از آنجایی که تبخير - تعرق واقعی پدیده ای غیر خطی و پیچیده است که تحت تأثیر پارامترهای متعددی همچون درجه حرارت، رطوبت نسبی، سرعت باد و شرایط غیرطبیعی سطح مزرعه بوده و به علت عدم قطعیت زیاد در داده های ورودی و نیز تعیین ضرایب اصلاحی، استفاده از منطق فازی امکان برآورد دقیق تر تبخير - تعرق واقعی را با استفاده از مدل میسر می سازد.
در زمینه مدل کردن تبخير - تعرق مرجع با استفاده از مدل های شبکه عصبی و منطق فازی مطالعاتی به انجام رسیده است که در ذیل به تعدادی از آنها اشاره شده است. زارع ابیانه و همکاران (۳) برای برآورد مدل های پیش بینی تبخير - تعرق گیاه مرجع در منطقه همدان از شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج عصبی فازی استفاده نمودند، آنها در پژوهش خود به این نتیجه رسیدند که از میان مدل های بررسی شده، مدل ترکیبی فازی عصبی با ترکیب پارامترهای درجه حرارتی حداقل، درجه حرارتی حداکثر و ساعات آفتابی روزانه از دقت بالاتری جهت تخمین تبخير - تعرق برخوردار است. احمدزاده قره گویز و همکاران (۱) از شبکه عصبی مصنوعی و سیستم تطبیقی فازی-عصبی به منظور مدل سازی تبخير - تعرق مرجع در مناطق بسیار خشک ایران استفاده نمود. ادهيامبو و همکاران (۱۹) روش منطق فازی را برای تخمین تبخير - تعرق گیاه مرجع بکار بردند. همچنین آیتک (۱۰)، دوگان (۱۳)، کیسی (۱۶) و منعم و همکاران (۱۸) تحقیقات مختلفی روی مدل سازی تبخير - تعرق با استفاده از سیستم تطبیقی فازی- عصبی پرداختند (۱۱ و ۱۴).
با توجه به ویژگی های سیستم های استنتاج فازی و مشکلات موجود در برآورد دقیق تبخیر-تعرق واقعی، این پژوهش به منظور بررسی تأثیر کم آبیاری بر روی تبخير - تعرق واقعی (شرایط غیر استاندارد) به عنوان فراسنج مدیریتی در منابع آب و امکان استفاده از کارآمدی و توانایی سیستم استنتاج فازی در ایجاد رابطه بین پارامترهای هواشناسی و تبخير - تعرق واقعی و مقایسه دقت این سیستم در اندازه گیری تبخير - تعرق واقعی با روشهای برآورد تجربی به منظور انتخاب گزینه بهتر انجام شد.
مواد و روشها
مشخصات طرح و خصوصیات محل اجرای آزمایش
این پژوهش در ایستگاه هواشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، باعرض جغرافیایی 36.2 درجه شمالی، طول جغرافیایی 59.4 درجه شرقی و ارتفاع 999.2 متر از سطح دریا انجام شد. بافت خاک در عمق صفر تا ۳۰ سانتی متری، لوم سیلتی می باشد. با توجه به بافت خاک، رطوبت ظرفیت زراعی در عمق توسعه ریشه ۲۹ درصد و رطوبت نقطه پژمردگی دائم ۱۵ درصد است. چمن مورد استفاده در این پژوهش چمن از نوع لولیوم پرنه واریته پرمصرف چمن هلندی است که زود سبز میشود و زمین را می پوشاند. این نوع چمن در مقایسه با سایر ارقام چمن هلندی رشد کمتری دارد و به علت تحمل به خشکی، ظرافت برگ و مقاومت زیاد نسبت به پاخوری، گرما و بیماریهای گیاهی، کاربرد وسیعی در زمینه های مختلف می باشد (۸). به منظور مدل سازی تبخير - تعرق واقعی چمن تحت شرایط غیراستاندارد، نیاز به دامنه وسیعی از داده های اقلیمی و ضریب تنش در سطوح مختلف خشکی بود. برای تأمین این هدف و ایجاد گرادیان های مختلف آبیاری (ایجاد سطوح مختلف کم آبیاری)، در این پژوهش از سیستم آبیاری بارانی خطی استفاده شد این طرح در زمینی به مساحت ۴۰۰ مترمربع (۲۰ متر ۲۰ متر) اجرا شد. بر روی لوله تک شاخه ای ۷ آبپاش به فاصله ۳ متر از یکدیگر قرار گرفته بود. شمای کلی طرح در شکل شماره ۱ نمایش داده شده است. برای اندازه گیری مقادیر آب رسیده به هر نقطه زمین بعد از هر بار چمن زنی، زمین به قطعات ۲ متر در ۲ متر (۴ مترمربع) تقسیم شده و در مرکز هر قطعه یک قوطی با سطح مقطع 78.6 سانتی متر مربع که بر روی پایه های چوبی نصب شده بود، قرار داده می شدند (جمعا تعداد ۳۰ قوطی). پس از هر نوبت آبیاری، مقدار آب جمع شده درون قوطیها اندازه گیری میشد.
کلیه آزمایش ها در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با شش تکرار برای پنج تیمار کم آبیاری انجام گرفت. با توجه به اینکه داده - های اندازه گیری شده در نقاط مختلف زمین در هر سطح صورت می گرفت؛ لذا اندازه گیری هر پارامتر در هر سطح آبیاری در نقاط مختلف به طور تصادفی انتخاب شده بود. سطوح آبیاری با سیستم اجرا شده توسط آبیاری بارانی تک شاخه ای برابر با ۱۰۰، ۸۱، ۶۳، ۵۷ و ۴۴ درصد با فاصله ۲، ۴، ۶، ۸ و ۱۰ متری از ابتدای لوله و به ترتیب با عناوین تیمار اول (I1)، تیمار دوم (I2)، تیمار سوم (I3)، تیمار چهارم (I4) و تیمار پنجم (I5) در نظر گرفته شدند. با توجه به اینکه آبپاش انتخابی از نوع تنظیم شونده فشار می باشد، سطوح آبیاری با تنظیم قطر، زاویه پاشش و تنظیم سرعت چرخش آبپاش بدست آمد. به این ترتیب تیمار اول به آبیاری کامل و تیمارهای بعدی به سطوح مختلف کم آبیاری اختصاص داده شد. با توجه به شکل هندسی زمین و طرح اجرا شده، داده برداری از ۳۰ نقطه زمین صورت گرفت. تجزیه و تحلیل واریانس داده ها با نرم افزار درMINITAB انجام گرفت و میانگین ها با استفاده از آزمون حداقل اختلافات معنی دار (LSD) مقایسه شد.
در این پژوهش از آبپاشهای پلاستیکی تنظیمی ZM مدل ۸۴۲۷ ساخت چین استفاده شده است با حداکثر قطر پاشش ۱۲ متر و فشار کاری 2.1 اتمسفر و دور آبیاری ثابت دو روز استفاده شد. نیاز آبی بر اساس مقدار تجمعی آب تبخیر شده از تشت تبخیر، پس از اعمال ضریب تشت محاسبه شده از روش توصیه شده در نشریه فائو ۵۶ با توجه به موقعیت استقرار آن در محل تعیین شد. با توجه به مقادیر تبخير - تعرق مرجع محاسبه شده از تشت تبخیر و شدت پخش آبپاشها، مدت زمان آبیاری برای هر نوبت از آبیاری از رابطه ۱ محاسبه و اعمال گردید.
که در آن، T: مدت زمان آبیاری بر حسب دقیقه است، i: عمق آبیاری بر حسب میلی متر و q: شدت پخش آبپاش بر حسب میلی متر بر دقیقه می باشند.
برآورد تبخير - تعرق مرجع
روش بیلان آبی
به منظور برآورد تبخير - تعرق چمن برای دوره های دو روزه از معادله ۲ استفاده گردید.
که در آن :I و P و D به ترتیب عمق آب آبیاری، بارندگی و آب زهکشی شده از منطقه تحت کنترل رطوبت در خاک بر حسب میلی متر می باشند. تغییر ذخیره آب خاک در عمقهای ۱۵ و ۳۰ سانتی متری از سطح خاک، در طول دوره اندازه گیری تبخير - تعرق بوده و برابر با اختلاف ذخیره آب خاک در ابتدا و انتهای دوره بر حسب میلی متر می باشد. مقدار P در طول مدت آزمایش (مرداد و شهریور ماه صفر بود.
با توجه به این که مقدار رطوبت در دو لایه ۱۵ سانتی متری در ابتدا و انتها دوره اندازه گیری می شد، مقدار تغییرات آن در این دو لایه دقیق کنترل شده و مقدار زهکشی از اختلاف رطوبت این دو لایه مشخص می شد. برای اندازه گیری رطوبت در این آزمایش ها از دستگاه رطوبت سنج الکترومغناطیسی TDR مدل 6050X1Trase استفاده شد.
در ادامه تبخير - تعرق گیاه مرجع با استفاده از معادله استاندارد (۹)، هارگریوز سامانی و تشت تبخیر نیز محاسبه شد. مقادیر بدست آمده از تشت بیشتر از بیلان آبی است که این به دلیل نادقیق بودن ضریب تشت تبخیر بود که می توان با مقایسه تبخیر-تعرق به دست آمده از روش بیلان در تیمار اول و پذیرش ضریب گیاهی توصیه شده در نشریه فائو ۵۶ ( ۰ / ۸۵) به عنوان روش معتبر آن را اصلاح نمود. جهت محاسبه ضریب تشت تبخیر از رابطه ۳ استفاده میشود.
که در آن: Kp: ضریب تشت تبخیر (بی بعد)، ETc: تبخير - تعرق به دست آمده از سطح اول آبیاری، Ep : تبخیر از تشت بر حسب میلی متر بر روز، Kc: ضریب گیاهی در شرایط بدون تنش بی بعد، می باشد.
به منظور تعیین ضریب گیاهی چمن لولیوم پرنه (Kc) در شرایط بدون تنش، از رابطه ۴ استفاده شد.
که در آن، kc: ضریب گیاهی بی بعد، : تبخیر-تعرق به دست آمده از سطح اول آبیاری، تبخير - تعرق مرجع از رابطه پنمن- مونتیث فائو تبخير - تعرق مرجع از تشت ( mm / day ). به منظور برآورد ضریب گیاهی تحت سطوح مختلف آبیاری، در ابتدا ضریب گیاهی چمن در شرایط استاندارد (Kc) که منطبق بر تیمار I1 (آبیاری کامل) بود، با استفاده از مقادیر به دست آمده از بیلان آبی و مقادیر محاسبه شده از رابطه پنمن- مونتیث فائو ۵۶ و همچنین تشت تبخیر به دست خواهد آمد. از این ضریب، تبخیر-تعرق در شرایط استاندارد (ETc) محاسبه می شود. در ادامه رابطه بین سطوح مختلف آبیاری و ضرایب تنش محاسبه می شود. جهت محاسبه نسبت کم آبیاری از رابطه ۵ استفاده میشود.
که در آن : S: نسبت کم آبیاری، I: نسبت آبیاری انجام شده می باشند.
همچنین با محاسبه ضریب گیاهی اصلاح شده در سطوح مختلف کم آبیاری و تبخیر-تعرق محاسبه شده از رابطه پنمن-مونتیث فائو ۵۶، مقدار تبخير - تعرق واقعی چمن از رابطه ۶ محاسبه شده و به عنوان خروجی های مدل ها در نظر گرفته شدند.
که در آن، ETo: تبخیر تعرق مرجع از رابطه پنمن - مونتیث فائو ۵۶ (میلی متر بر روز)، Ks: ضریب گیاهی اصلاح شده، ETa: تبخیرتعرق واقعی چمن (میلی متر بر روز) میباشند.
مدل های توسعه داده شده فازی تبخير - تعرق ساختار مدل فازی
به منظور ساخت مدل فازی در این تحقیق، پس از مشخص شدن فراسنجهای ورودی که شامل درجه حرارت، رطوبت نسبی، تابش خورشیدی، باد و ضریب تنش خواهد بود؛ و فراسنج خروجی، تبخیرتعرق واقعی چمن لوليم پرنه در منطقه مشهد می باشد. فراسنجهای مورد نظر با استفاده از توابع عضویت فازی شده و با تشریح قواعد استنتاج جهت برآورد تبخير - تعرق با استفاده از داده های ورودی، مقادیر خروجی با استفاده از روشهای نافازی سازی تولید شدند. برای فازی سازی شاخص های ورودی و خروجی، در ابتدا دامنه تغییرات آنها بررسی و برای متغیرهای ورودی و خروجی مدل تعداد سطوح مناسب در نظر گرفته شد. به طوری که در این پژوهش برای پارامترهای درجه حرارت (T)، رطوبت نسبی (RH)، تابش خورشیدی (Rs)، باد (W) و ضریب تنش (S) به ترتیب ۱۰، ۱۰، ۹، ۱۰ و ۱۳ بازه بر اساس پیشنهادات محققین به ویژه فائو ۵۶ به کار گرفته شد (۱۰). همچنین خروجی مدل نیز با ۱۴ سطح و متناسب با تغییرات ورودی در دوره آموزش مدل مد نظر قرار گرفت. ضمنا برای تعیین توابع عضویت فازی متغیرهای ورودی و خروجی و تعیین درجه همپوشانی توابع فازی، از خصوصیات فیزیکی مسئله مورد بحث و نظرات کارشناسی استفاده شد. با توجه به کاربرد گسترده توابع عضویت مثلثی و ذوزنقه ای در مسائل کاربردی و نتایج حاصل از بررسیها، در این تحقیق نیز برای فازی سازی متغیرهای ورودی و خروجی از هر دو تابع فوق استفاده گردید. به عنوان مثال در شکل ۲ توابع عضویت به کار گرفته شده برای پارامتر خروجی نشان داده شده است.
تعریف قوانین فازی و ترکیب توابع
از آنجایی که تعریف قوانین فازی متناسب با ورودی و خروجی مدل استنتاج فازی یکی از مهم ترین مراحل ساخت مدل فازی است، لذا با توجه به توابع عضویت متغیرهای ورودی و خروجی و درجه همپوشانی آنها و نیز ارتباط ورودی و خروجی مدل در دوره آموزش، قوانین مختلفی با وزن های متفاوت تعریف شد.
به منظور تکمیل مراحل مدل سازی، در این تحقیق برای استنتاج فازی از روش ممدانی و استلزام از روش حداقل و برای تجميع قوانین فازی ، از روش حداکثر استفاده شد. در مدل سازی فازی، استنتاج نهایی منجر به یک نتیجه فازی می شود، لذا برای دستیابی به عدد حقیقی باید از روش های نافازی سازی، استفاده کرد. در این تحقیق با توجه به جامعیت روش مرکز ثقل، از این روش استفاده شد (۲، ۱۲، ۱۳ و ۱۷).
معیارهای ارزیابی و مجموعه های آموزشی و آزمون مدل - های فازی
در این مطالعه، در ابتدا رابطه بین سطوح مختلف تنش و ضریب تنش (Ks) از داده های اندازه گیری شده مزرعه ای بدست آمد و با توجه به اینکه در مرحله آموزش، مدل نیازمند به حالت های ممکن ترکیب پارامترها مختلف می باشد؛ لذا از داده های موجود در ایستگاه سینوپتیک مشهد برای دوره آماری ۵۰ ساله (۱۳۸۹- ۱۳۳۹) جهت محاسبه تبخير - تعرق واقعی استفاده شد. قبل از تجزیه و تحلیل داده ها، کیفیت آنها مورد آزمون قرار گرفت. بدین منظور نخست به صورت تجربی، برخی داده های پرت شناسایی و از مجموعه داده ها حذف و سپس همگنی داده ها با استفاده از آزمون ران تست مورد تایید قرار گرفت. پس از حذف نقاط پرت و گمشده، تعداد داده باقیمانده مناسب در مجموع ۳۲۲۹ داده روزانه برای هر پارامتر بود. با این تعداد داده هواشناسی و ۱۳ مقدار برای درصد کم آبیاری، در مجموع ۳۸۷۳۷ داده برای تبخير - تعرق واقعی به دست آمد که از این تعداد ۸۰ درصد داده ها برای آموزش مدل های فازی و ۲۰ درصد داده ها به منظور آزمون مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. برای ارزیابی مدلها سه پارامتر ریشه میانگین مجذور خطا (RMSE)، خطای انحراف میانگین (MBE) و ضریب تعیین برای ارزیابی روشهای تجربی و مدل های فازی استفاده شد. همچنین بنا به اعتقاد جاکوویدز (۱۵) شاخص های RMSE و MBE به تنهایی برای انتخاب بهترین مدل تخمین تبخير - تعرق کافی نمی باشند؛ لذا به توصیه وی علاوه بر دو معیار فوق که عموما برای مقایسه مدل های تبخير - تعرق استفاده می شوند، می بایست از معیار سومی به نام t که ترکیبی از دو معیار فوق می باشد، استفاده شود:
که در آن، N : تعداد نمونه ها، Pi: مقادیر پیش بینی شده توسط مدل، Oi: مقادير واقعی، میانگین مقادیر پیش بینی شده توسط مدل، و : میانگین مقادير واقعی می باشند. معیار جاکوویدز بوده و مقدار کمتر آن بیانگر دقت بهتر مدل می باشد. با توجه به این که در برخی موارد ممکن است نتایج یک مدل دارای ضریب R2 بالا، ولی نمایه های (RMSE) و (MBE) و یا t قابل قبولی باشند، در چنین مواردی تصمیم گیری برای انتخاب مدل بهینه دشوار است. بدین منظور، در تحقیق حاضر علاوه بر معیارهای معرفی شده توسط جاکوویدز، از معیار ترکیبی جدید صباغ و همکاران (۴) که حاصل نسبت R2 به t می باشد نیز استفاده شد، که مقادیر بالاتر آن بیانگر سازگاری بالاتر مدل با واقعیت است.
نتایج و بحث تعیین الگوی پاشش سیستم آبیاری
الگوی پاشش آب در سیستم اجرا شده در حالت دو بعدی، برای مقادير متوسط عمق آب اندازه گیری شده در قوطی ها در ماه های مرداد و شهریور (دوره آزمایش به صورت شکل 3 به دست آمد. بیشترین مقدار آب به تیمار اول (I1) رسیده و هرچه از خط لوله دور می شویم مقدار آبیاری کاهش و متعاقبا درصد کم آبیاری افزایش یافته است. همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده است، الگوی توزیع آب در اطراف آبپاشها از یک رابطه چند جمله ای درجه ۶ (معادله ۱۱) پیروی می کند که این رابطه با ضریب تبیین بالا نشان دهنده انطباق بالای معادله برازش داده شده بر دادههای اندازه گیری شده است. با توجه به اهداف پژوهش الگوی به دست آمده تا حد زیادی بر الگوی مورد نظر انطباق دارد. از
که در آن : I: مقدار آب رسیده به زمین برحسب میلی متر، 8: فاصله از خط لوله آبیاری بر حسب متر می باشد. با مقایسه میانگین مقدار آبیاری اعمال شده بر اساس تبخیر تجمعی دو روزه تشت تبخیر و میانگین آب رسیده به زمین مقدار تلفات به طور میانگین در مرداد ماه ۵ درصد و در شهریور ماه ۳ درصد برآورد گردید. به منظور تحلیل نتایج در ابتدا معنی دار بودن داده های اندازه گیری شده در تکرارها و تیمارها با استفاده از نرم افزار Minitab مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده، دوره هایی برای آنالیز نتایج انتخاب شدند که اختلافات در تکرارها بی معنی و در تیمارها معنی دار باشند (جدول ۱). بنابراین در پژوهش حاضر مقادیر آبیاری انجام شده در روزهای ۶ ۸، ۱۶ و ۱۸ مرداد ماه و ۶ ۱۰، ۱۲ شهریورماه به منظور تحلیل نهایی انتخاب شدند. با آنالیز آماری نتایج به دست آمده از مقدار آب رسیده به سطح زمین، معلوم شد که به طور میانگین مقدار آبیاری در تیمار از آبیاری کامل) با سایر تیمارها اختلاف معنی داری در سطح احتمالاتی ۹۵ درصد دارد. تیمار i2را نیز با تیمارهای بعدی اختلاف معنی داری داشته، اما تیمارهای i3 و i4 (۴۰ درصد کم آبیاری) با یکدیگر اختلاف معنی داری ندارند ولی با تیمار و دارای اختلاف معنی دار می باشند (جدول 1). تحلیل های آماری حاکی از آن است که سطوح متفاوتی از مقادیر آبیاری اعمال شده است که با توجه به اهداف پژوهش منطبق بر شرایط مورد نیاز (شرایط غیر استاندارد) بود.
بررسی و ارزیابی تبخير - تعرق تحت شرایط استاندارد بدون تنش)
به منظور بررسی و ارزیابی روشهای برآورد تبخير - تعرق مرجع چمن لولیوم پرنه تحت شرایط استاندارد، تبخير - تعرق واقعی در شرایط بدون تنش که منطبق بر تیمار اول آبیاری بود، در دوره های دو روزه، به روش بیلان آبی اندازه گیری گردید. همچنین با استفاده از متغیرهای اقلیمی ایستگاه هواشناسی از قبیل درجه حرارت، رطوبت نسبی، سرعت باد و ... تبخیر-تعرق مرجع به روش های پنمن-مونتیث فائو، هارگریوز سامانی، تشت تبخیر نیز محاسبه شد. با در نظر گرفتن ضریب گیاهی توصیه شده برای چمن لولیوم پرنه در نشریه فائو ۵۶ ( ۰ / ۸۵)، مقادیر تبخير - تعرق چمن در شرایط بدون محدودیت آبی با استفاده از روشهای فوق برآورد گردید. جدول ۲ مقادیر تبخیر-تعرق محاسبه شده به روش بیلان آبی و به دست آمده از سایر روشها در هر دوره از آزمایش را نشان می دهد. همان گونه که عنوان شد، در محاسبه تبخير - تعرق به روش بیلان آبی مقدار زهکشی بعد از تأثیر آبیاری بر رطوبت صفر منظور شد. از دلایل صحت این فرض می توان گفت که اختلاف میانگین تغییرات رطوبت در عمق توسعه ریشه در بازه زمانی بعد از آبیاری و قبل از آبیاری مجدد با میانگین رطوبت اضافه شده ناشی از آبیاری در مدت آزمایش کمتر از 1 میلی متر بود.
بنابراین با توجه به این که این اختلاف در میانگین کل قابل توجه نیست، می توان چنین استنباط نمود که تغییرات رطوبت در عمق توسعه ریشه بعد از آبیاری به مصرف گیاه رسیده و در واقع صرف تبخیر-تعرق شده است.
نتایج جدول ۳ نشان داد که همبستگی نسبتا بالایی بین مقادیر به دست آمده از بیلان آبی و روش پنمن-مونتیث فائو و همچنین روش هارگریوز-سامانی وجود دارد، بطوری که مقادیر RMSE و MBE برای روشهای پنمن-مونتیث فائو و هارگریوز-سامانی در دوره های دو روزه به ترتیب برابر 1.61 - 1.18 و 1.38 میلیمتر در روز به دست آمد، که نشان دهنده توافق خوب این دو روش در برآورد تبخير - تعرق در شرایط استاندارد برای چمن لولیوم پرنه می باشد. با توجه به جداول ۲ و ۳ آشکارا می توان دریافت نتایج مقایسه روش سامانی و پنمن در مقایسه با بیلان آبی بسیار مشابه هم می باشند. بنابراین در شرایطی که هدف برآورد ET چمن لولیوم پرنه تحت شرایط استاندارد در دوره های دو روزه باشد، معادله هارگریوز - سامانی و پنمن-مونتیث فائو اولویت اول و در صورت اصلاح ضریب تشت می توان از آن در اولویت بعدی استفاده نمود.
نتایج نشان دادند که مقادیر بدست آمده از تشت بیشتر از بیلان آبی است که این به دلیل نادقیق بودن ضریب تشت تبخیر بود که می توان با مقایسه تبخیر-تعرق به دست آمده از روش بیلان در تیمار اول و پذیرش ضریب گیاهی توصیه شده در نشریه فائو ۵۶ (0.85) به عنوان روش معتبر آن را اصلاح نمود. میانگین ضریب تشت تبخیر کلاس A در طول دوره آزمایش بر مبنای معادلات ارائه شده در نشریه فائو ۵۶ با توجه به موقعیت و محل استقرار آن روزانه بین 0.65 تا 0.75 تغییر می کرد، در حالی که مقدار محاسبه شده آن از رابطه ۳ به طور متوسط برابر 0.7 بدست آمد. مقدار k از رابطه ۴ به طور میانگین برای روش پنمن و تشت به
ترتیب 0.8 و 0.9 به دست آمد. با میانگین گرفتن از این دو، مقدار ضریب گیاهی 0.85 محاسبه شد که به دلیل یکسان بودن با مقدار Kc پیشنهادی فائو نیاز به اصلاح ندارد.
نتایج تبخير - تعرق تحت شرایط غیر استاندارد (سطوح مختلف تنش)
در این قسمت نیز در ابتدا داده های به دست آمده برای تبخیرتعرق در همه دوره های آزمایشی مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. بر طبق نتایج آنالیز آماری دوره هایی برای مقایسه میانگین و تحلیل در نظر گرفته شدند که از نظر اختلافات و خطاهای آزمایشی، در بین تکرارها بی معنی و در تیمارها معنی دار باشند. بنابراین با توجه به توضیحات فوق، ۴ دوره در مرداد ماه و ۳ دوره در شهریور ماه انتخاب شدند.
