-86935192111

نشريه حفاظت منابع آب و خاك، سال دوم، شماره اول، پاييز 1391
ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطره اي و باراني
سميه اميري1، مهدي قيصري2* و بيتا مروج الحكامي3
1) فارغ التحصيل كارشناسي؛ گروه مهندسي آب؛ دانشكده كشاورزي؛ دانشگاه صنعتي اصفهان؛ اصفهان؛ ايران
2*) استاديار گروه مهندسي آب؛ دانشكده كشاورزي؛ دانشگاه صنعتي اصفهان؛ اصفهان؛ ايران؛ نويسنده مسئول مكاتبات: [email protected]
3) دكتري آبياري و زهكشي؛ دانشگاه صنعتي اصفهان؛ شركت مهندسين مشاور هيدراب انديش؛ اصفهان؛ ايران

1916362190262

تاريخ دريافت:02/02/91 تاريخ پذيرش: 16/06/91

چكيده
تخمين صحيح نياز آبي گياهان براي حفاظت از منابع آبي كشور بسيار مهم است. ليكن در بيشتر مطالعات انجام شده در ايران براي تخمين تبخير- تعرق گياه از آمار بلندمدت هواشناسي استفاده ميشود. اين در حالي است كه حتي دادههاي همزمان ايستگاههاي هواشناسي غيركشاورزي ميتواند به كم يا فرآبرآورد تبخير – تعرق گياه منجر شود. بنابراين ضرورت دارد كارشناسان و متخصصان آبياري از ميزان خطاي برآورد تبخير – تعرق محاسبه شده با استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي آگاه باشند. هدف از اين مطالعه، ارزيابي دقت تخمين تبخير- تعرق گياه مرجع با استفاده از آمار بلند مدت هواشناسي به جاي آمار همزمان در مديريتهاي آبياري قطرهاي و باراني بود. به اين منظور، آمار سالهاي 1995 تا 2009 در سه ايستگاه هواشناسي اصفهان، هواشناسي كبوترآباد اصفهان و فرودگاه شهيد بهشتي اصفهان براي ارزيابي انتخاب شد. نتايج نشان داد حداكثر مقدار خطاي ميانگين مربعات نسبي (n-RMSE) در صورت استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي (تخميني) به جاي آمار همزمان هواشناسي (واقعي) براي محاسبه تبخير – تعرق در مديريت آبياري قطرهاي 24 درصد، در مديريت آبياري باراني 18 درصد، در فصل بهار 22 درصد، در فصل تابستان 20 درصد، در فصل پاييز 44 درصد و در فصل زمستان 56 درصد بدست آمد. بر پايه نتايج اين مطالعه، آمار بلندمدت هواشناسي قابليت كاربرد در مديريت كمآبياري را ندارند. از سويي با توجه به حساسيت بيشتر سيستم آبياري قطرهاي به تنش رطوبتي در مقايسه با سيستم آبياري باراني، استفاده از آمار بلندمدت در تخمين تبخير – تعرق به منظور برنامهريزي آبياري قطرهاي، توصيه نميشود. در نهايت، استفاده از ايستگاههاي هواشناسي اتوماتيك و استفاده از آمار همزمان براي مديريت آبياري دقيق، بويژه براي اعمال مديريت كمآبياري در شرايط بحران كمبود آب توصيه ميشود.
واژه هاي كليدي: آبياري هوشمند؛ ايستگاه هواشناسي اتوماتيك؛ تبخير – تعرق؛ نياز آبي
مقدمه
در سال هاي اخير سيستم هاي نوين آبياري به منظور استفاده بهينه از منابع آبي كشور توسعه يافتهاند. مطالعات و طراحي سامانههاي آبياري و مطالعات هيدرولوژي بر اساس آمار بلندمدت انجام ميشوند. همچنين در حال حاضر، تدوين سند آبياري ايران و تحويل حجمي آب به زارعين و برآورد نياز آبي گياهان زراعي و باغي كشور نيز با استفاده از آمار بلندمدت صورت ميگيرد (تقي زاده، 1355؛ فرشي، 1376 و وزيري، 1387). به علت عدم وجود ايستگاههاي هواشناسي اتوماتيك در بيشتر مناطق كشاورزي و يا عدم دسترسي به دادههاي همزمان هواشناسي، طراحان و برنامه ريزان آبياري از آمار هواشناسي بلندمدت سال هاي پيشين براي برنامهريزي آبياري استفاده ميكنند.
سوال اين است كه آيا بهرهبرداري و مديريت آبياري نيز ميتواند با استفاده از آمار بلندمدت انجام شود؟
استفاده بهينه از منابع آب، مستلزم برنامهريزي دقيق آب آبياري است كه پايه و اساس آن،تخمين دقيق نيازآبي گياهان است (محمديان و همكاران، 1384). تاكنون بيش از 50 روش تخمين تبخير – تعرق مرجع در قالب روش هاي تركيبي، آئروديناميك و تجربي ارائه شده است كه اغلب با توجه به دادههاي هواشناسي نتايج متفاوتي ارائه ميكنند (2002Grismer et al.,). با اين حال مناسب ترين روش محاسبه تبخير- تعرق مرجع در هر منطقه بستگي به شرايط اقليمي، داده هاي در دسترس و هزينه هاي مربوط به آن دارد (سبزيپرور و همكاران، 1387). در اين بين لايسيمتر تنها روش مستقيم برآورد تبخير-تعرق است. با وجود هزينه زياد نصب و نگهداري آن، در عين حال معتبرترين روش محسوب مي گردد. با اين حال، به دليل كارائي بالاي مدل فائو پنمن مانتيث، در بسياري از نقاط جهان از جمله اقاليم خشك و نيمه خشك، به عنوان روشي استاندارد براي محاسبه تبخير – تعرق با استفاده از داده هاي هواشناسي و ارزيابي ساير روشها به كار مي رود (Allen et al., 1998a; Allen et al.,1998b; Bakhtiari and Liaghat, 2011;
Sorenson, 2008; Steiner et al., 1991 and Stockle et
.(al., 2004
در كشورهاي توسعه يافته از دادههاي هواشناسي همزمان ثبت شده توسط ايستگاههاي هواشناسي اتوماتيك براي محاسبه تبخير – تعرق استفاده ميشود. در حالي كه در كشورهاي درحال توسعه چون ايران، طراحان و برنامه ريزان آبياري از آمار هواشناسي بلندمدت استفاده مي كنند.
با توجه به اينكه استان اصفهان بيش از 65 هزار هكتار سطح اراضي تحت پوشش آبياري تحت فشار را در اختيار دارد، يكي از پيشروان توسعه آبياري تحت فشار در كشور مي باشد. بنابراين، با توجه به سرمايه گذاري انجام شده، مديريت دقيق آب در مزرعه در روش هاي آبياري تحت فشار ضروري است. براساس مطالعه عليزاده و همكاران (1389)، با آبياري اتوماتيك كه در آن مقدار آبياري بر اساس داده هاي بهنگام هواشناسي در مزرعه مديريت شده بود، با كاهش مقدار آب مصرفي، كارائي مصرف آب تا 27 درصد در مقايسه با استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي افزايش يافت. با توجه به اينكه برآورد مقدار آبياري بر اساس محاسبات نياز آبي با استفاده از داده هاي هواشناسي بلندمدت منطقه و حتي داده هاي همزمان ايستگاه هاي هواشناسي غيركشاورزي مي تواند به كم يا فرآبرآورد نياز آبي گياه منجر شود (عليزاده و همكاران، 1389)، ضرورت دارد دقت كاربرد عمق آب آبياري تخمين زده شده با استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري باراني و قطرهاي ارزيابي شود. هدف از اين پژوهش محاسبه و ارزيابي دقت برآورد نياز آبي گياه مرجع با استفاده از آمار بلندمدت به جاي داده هاي هواشناسي همزمان، در مديريت آبياري قطره اي و باراني و نيز در فصول مختلف سال ميباشد.
مواد و روشها
66955028401457

سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز

سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز
5781658581289

سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91

سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91
در اين مطالعه از داده هاي هواشناسي سه ايستگاه هواشناسي در اصفهان با سه شرايط متفاوت كاربري اراضي شامل يك ايستگاه هواشناسي كشاورزي (ايستگاه هواشناسي كبوترآباد) و دو ايستگاه غيرمرجع (ايستگاه هاي هواشناسي اصفهان و فرودگاه شهيد بهشتي) استفاده شد. ايستگاه هواشناسي اصفهان در جنوب غربي اصفهان ( ́عرض 37˚32 شرقي و ́طول40˚51 شمالي)، هواشناسي كشاورزي كبوترآباد در شرق اصفهان ( ́عرض 31˚32 شرقي و ́طول 51˚51 شمالي) و هواشناسي فرودگاه شهيد بهشتي اصفهان در شرق اصفهان ( ́عرض 45˚32 شرقي و ́طول 51˚51 شمالي) واقع شدهاند. در مطالعات پيشين بر اساس هدف پژوهش، دوره بررسي تغييرات تبخير – تعرق روزانه 10 تا 50 ساله در نظر گرفته شده است (رحيمي خوب و همكاران، 1385؛ محمدي و همكاران، 1388 و محمديان و همكاران، 1384) در حالي كه در اين مطالعه، آمار 15 سال اخير (سالهاي 1995 تا 2009) مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. دادههاي مورد استفاده شامل سرعت و جهت باد، درصد رطوبت نسبي در ساعات 3، 6 و 15 از شبانهروز، درجه حرارت ماكزيمم و مينيمم، بارش و ساعات آفتابي به
Irmak et al.,2003; Allen et al., ) صورت روزانه بودند
.(1998a
در اين مطالعه مفهوم بلندمدت و همزمان به صورت زير تعريف شده است:
ميانگين ده ساله تبخير-تعرق براي سالهاي 1995 تا 2005 به عنوان مقدار بلندمدت ((ETL و مقدار تبخير– تعرق كه براي سالهاي 2006 تا 2009 براي هر سال جداگانه محاسبه شده به عنوان مقدار همزمان ( (ETi-yearدر نظر گرفته شد. به عنوان مثال، اگر در سال 2006، براي محاسبه تبخير- تعرق از آمار ده ساله (1995 تا 2005) استفاده شود، مقدار تبخير- تعرق بلندمدت (تخميني) است. اما اگر در همان سال از دادههاي هواشناسي 2006 استفاده شود مقدار تبخير – تعرق همزمان (واقعي) است.
در تعيين نياز آبي گياه، مجموع تبخير- تعرق در يك دوره چند روزه (براي دور آبياري) محاسبه ميشود. همچنين براي سيستمهاي آبياري مختلف دور آبياري بين 3 تا 7 روز متفاوت است. بنابراين در اين تحقيق، متوسط تبخير-تعرق در سيستمهاي آبياري قطرهاي و باراني به ترتيب در دورههاي 3 و7 روزه متوالي مورد ارزيابي قرار گرفت.
سناريوهاي موردبررسي به شرح زير بودند:
1- ETi3-year: ميانگين تبخير – تعرق واقعي در هر 3 روز متوالي؛ قابل استفاده براي مديريت سيستم آبياري قطرهاي 2- ETi7-year: ميانگين تبخير- تعرق واقعي در هر 7 روز متوالي؛ قابل استفاده در مديريت سيستم آبياري باراني 3- ETL3: ميانگين تبخير- تعرق تخميني در هر 3 روز متوالي؛ قابل استفاده براي مديريت سيستم آبياري قطرهاي 4- ETL7: ميانگين تبخير- تعرق تخميني در هر 7 روز متوالي؛ قابل استفاده در مديريت سيستم آبياري باراني با توجه به اقليم خشك و نيمه خشك اصفهان و كارايي بالاي معادله فائو پنمن مانتيث و با توجه به مطالعات گذشته (Allen et al, 1998a; Allen et al., 1998b; Bakhtiari and Liaghat, 2011; Sorenson, 2008;
،(Steiner et al., 1991 and Stockle et al., 2004

ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطرهاي و باراني/ 3

محاسبه تبخير – تعرق در اين پژوهش با اين روش با استفاده از فرمول زير انجام شد:

.∆∆.
كه در آنها 0ET تبخير- تعرق مرجع (ميليمتر در روز)، ∆ شيب منحني تغييرات فشار بخار اشباع نسبت به درجه حرارت، Rnتشعشع خالص در سطح گياه (مگا ژول بر مترمربع در روز)،G فلاكس گرماي خاك (مگا ژول بر متر مربع در روز)، γ ضريب سايكرومتري (كيلوپاسكال بر درجه سانتيگراد)،T متوسط دما (درجه سانتيگراد)، 2U سرعت باد در ارتفاع 2متري (متر بر ثانيه)، esفشار بخار اشباع هوا (ميليبار) و ea فشار واقعي بخار آب در هوا (ميليبار).
براي ارزيابي مقادير تبخير – تعرق تخميني و واقعي از شاخصهاي آماري ريشه ميانگين مربعات خطا(RMSE) ، ريشه ميانگين مربعات خطاي نرمال(n-RMSE) ، راندمان پيشبيني(EF) و خطاي مطلق ((Ei به شرح زير استفاده شد (0102 Yang et al.,):
1 n2
RMSE 

ni1 (si mi ) 
RMSE nRMSE

m (3) EF in1(mi m)2 in1(si mi )2 (4) 


n
i
i
m
m
1
2
)
(
i
i
s
m
E




n
i
i
m
m
1
2
)
(
i
i
s
m
E

i (5)
كه در آنهاRMSE ريشه ميانگين مربعات خطا (ميليمتر در روز)، n تعداد روزهاي هر سال، si متوسط تبخير- تعرق بلندمدت (تخميني- ميليمتر در روز)، mi تبخير- تعرق همزمان (واقعي- ميليمتر در روز)، n-RMSE ريشه ميانگين مربعات خطاي نرمال،m ميانگين تبخير-تعرق در سال (دوره) مورد بررسي (تخميني- ميلي متر در روز)،EF راندمان پيش بيني، Ei خطاي مطلق (ميلي متر در روز) مي باشد.
تبخير-تعرق بلندمدت با تبخير-تعرق همزمان در مديريت هاي آبياري قطرهاي و باراني و در فصول مختلف سالهاي 2006 تا 2009 نيز از لحاظ آماري مقايسه و بررسي شدند.
بين مقادير تبخير- تعرق بلندمدت و همزمان، معادله خطي كه در مقايسه با ساير معادلات بيشترين ضريب همبستگي را داشت، برازش داده شد كه به شرح زير است:
ETL aETi b (6)
66955028401457
سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز

سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز
كه در آنETL تبخير- تعرق بلندمدت، ETi تبخير- تعرق همزمان،a و b ضرايب ثابت از معادله بهترين خط برازش داده شده ميباشند.
نتايج و بحث
نتايج حاصل از مقايسه تبخير – تعرق بلندمدت و تبخير- تعرق همزمان در مديريت آبياري قطرهاي و باراني در شكلهاي 1 و 2 به ترتيب براي ايستگاه اصفهان در طول
(الف)8

سال 2007 و ايستگاه شهيد بهشتي در طول سال 2009 براي مديريت هاي آبياري قطره اي و باراني ارائه شده است.
همانطور كه در شكل هاي 1 و 2 مشاهده ميشود، پراكنش نقاط نسبت به خط 1:1 به وضوح نشان ميدهد كه روند تغييرات تبخير – تعرق بلندمدت و همزمان در يك راستا نيستند و همچنين روند مشخصي را نشان نميدهند. در برخي موارد استفاده از آمار بلندمدت سبب فرابرآورد تبخير- تعرق و در برخي موارد سبب كم برآورد تبخير-تعرق شده است.
مقدار ضريب تبيين (2(R در مديريت آبياري قطرهاي و باراني در ايستگاههاي اصفهان به ترتيب بين 88/0 تا 92/0 و 93/0 تا 96/0 تغيير ميكند.

شكل1- مقايسه تبخير- تعرق بلندمدت و همزمان در ايستگاه اصفهان در طول سال 2007: مديريت آبياري قطره اي(دور آبياري 3 روزه) (الف) و مديريت آبياري باراني(دور آبياري 7 روزه) (ب).
(الف)(ب)
81:181:1

0246802468
تبخير-تعرق واقعي (mm/d) ;(ETi3-year) تبخير-تعرق واقعي (mm/d) ;(ETi7-year) شكل2- مقايسه تبخير- تعرق بلندمدت و همزمان در ايستگاه فرودگاه شهيد بهشتي در طول سال 2009:
مديريت آبياري قطرهاي(دور 2آبياري 3 روزه) (الف) و مديريت آبياري باراني(دور آبياري 7 روزه) (ب).
همانطوركه نتايج نشان مي دهد، مقدار R در مديريت در جداول 1 و 2 نتايج مقايسه آماري دقت برآورد تبخير -باراني بيشتر از مديريت قطرهاي است. نتايج مشابه براي دو تعرق همزمان با استفاده از آمار بلندمدت در مديريت ايستگاه ديگر در سالهاي مختلف مشاهده شد. آبياري قطرهاي و باراني در سالهاي 2006 تا 2009 براي
ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطرهاي و باراني/ 5
-2514411278

ايستگاههاي هواشناسي اصفهان، كبوترآباد و شهيد بهشتي اصفهان ارائه شده است.
5781658581289
سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91

سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91
ايستگاه هواشناسي كشاورزي كبوترآباد، بين 5/0 تا 69/0 ميليمتر در روز و در ايستگاه هواشناسي شهيد بهشتي اصفهان بين 53/0 تا 27/1 ميليمتر در روز متغير بود. مقدار RMSE در مديريت باراني در ايستگاههاي فوق به ترتيب
39/0 تا 48/0، 36/0 تا 53/0 و 44/0 تا 22/1 ميليمتر در روز متغير بود.
پارامتر n-RMSE براي مقايسه ريشه ميانگين مربعات خطا در دورههاي مختلف نسبت به تبخير – تعرق همان دوره، بكار ميرود. مقدار n-RMSE برآورد تبخير-تعرق با استفاده از آمار بلندمدت به جاي آمار همزمان در سالهاي 2006 تا 2009 در مديريت آبياري قطرهاي در ايستگاه اصفهان بين 16 تا 19 درصد، در ايستگاه كبوترآباد بين 16 تا 24 درصد و در ايستگاه شهيدبهشتي اصفهان بين 13 تا 27 درصد متغير بود. به عبارتي در صورت استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي به جاي آمار همزمان هواشناسي براي محاسبه تبخير -تعرق در مديريت آبياري قطرهاي در ايستگاههاي اصفهان، كبوترآباد و شهيد بهشتي حداكثر 19 درصد، 24 درصد و 27 درصد خطا به ترتيب در محاسبه تبخير-تعرق وجود خواهد داشت. مقدار n-RMSEدر ايستگاههاي فوق در مديريت آبياري باراني به ترتيب 11 تا 14 درصد، 11 تا 18 درصد و 11 تا 26 درصد متغير بود. به اين معني كه در صورت استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي به جاي آمار همزمان در سالهاي 2006 تا 2009 در مديريت آبياري باراني در ايستگاههاي مذكور به ترتيب حداكثر 14 درصد، 18 درصد و 26 درصد خطا در محاسبه تبخير- تعرق وجود خواهد داشت. با توجه به اين كه سطح بهينه كمآبياري در مطالعات پيشين 10 تا 15 درصد گزارش شده است (9002 Gheysari et al.,) و درصد خطاي تخمين تبخير- تعرق با استفاده از آمار بلند مدت 11 تا 27 درصد است، خطاي ناشي از استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي به جاي آمار همزمان، موجب تشديد خطا در مطالعات كم آبياري ميشود. مقدار راندمان پيشبيني (EF) دقت برآورد تبخير-تعرق در سالهاي 2006 تا 2009 در مديريت آبياري قطرهاي در ايستگاه اصفهان بين 87 تا 91 درصد، در ايستگاه كبوترآباد بين 82 تا 92 درصد و در ايستگاه شهيدبهشتي اصفهان بين 73 تا 93 درصد متغير بود.

جدول1- مقايسه آماري دقت برآورد تبخير-تعرق همزمان با استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري قطرهاي در سالهاي 2006 تا 2009
Error32 (mm/day) EF
(%) n- RMSE (%) ET3avg1 (mm/day) RMSE
(mm/day) سال ايستگاه
2/18
2/18
2/10
1/85 91
87
89
89 16
19
19
19 3/36
3/41
3/33 3/3 0/54
0/66
0/63
0/63 2006
2007
2008
2009 اصفهان

اصفهان

0/92 92 16 3/14 0/5 2006

0/87
0/85
0/82 87
85
82 20
22
24 2/98
2/98
2/93 0/59
0/66
0/69 2007
2008
2009 كبوترآباد
كبوترآباد

1/57
3/26
3/03
93
73
81 13
27
26
3/95 4/7
4/31 0/53
1/27
1/13 2006
2007
2008
شهيد

فرودگاه
بهشتي

شهيد

فرودگاه
بهشتي

2/1189183/80/692009
1- ميانگين تبخير- تعرق واقعي در هر 3 روز متوالي از سال؛ 2- خطاي مطلق برآورد تبخير- تعرق همزمان در صورت استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري قطرهاي

جدول 2- مقايسه آماري دقت برآورد تبخير-تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري باراني در سالهاي 2006 تا 2009
Error32 (mm/day) EF
(%) n- RMSE (%) ET3avg1 (mm/day) RMSE
(mm/day) سال ايستگاه
1/01
1/31
1/24
1/24 94
93
94
92 11
14
14
14 3/37
3/42
3/35
3/32 0/39
0/48
0/47
0/48 2006
2007
2008
2009 اصفهان

اصفهان

1/21 96 11 3/16 0/36 2006

1/43
1/61
1/16 92
90
89 15
17
18 2/99
2/99
2/94 0/45 0/5
0/53 2007
2008
2009 كبوترآباد
كبوترآباد

1/32
2/46
2/46
95
76
84
11
26
24
3/97
4/72
4/32 0/44
1/22
1/05 2006
2007
2008
شهيد

فرودگاه
بهشتي

شهيد

فرودگاه
بهشتي

1/9390173/820/632009
1- ميانگين تبخير – تعرق واقعي در هر 7 روز متوالي از سال؛ 2- خطاي مطلق برآورد تبخير – تعرق همزمان در صورت استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري باراني

مقدار راندمان پيش بيني در ايستگاههاي فوق در مديريت آبياري باراني به ترتيب 92 تا 94 درصد، 89 تا 96 درصد و 76 تا 95 درصد متغير بود.
مقدار خطاي مطلق برآورد تبخير- تعرق همزمان در سالهاي 2006 تا 2009 با استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري قطرهاي در ايستگاه اصفهان، بين 85/1 تا 18/2 ميليمتر كمبرآورد، در ايستگاه كبوترآباد بين 82/0 تا 92/0 ميليمتر كمبرآورد و در ايستگاه شهيد بهشتي بين 26/3 ميليمتر كمبرآورد تا 11/2 ميليمتر فرابرآورد را نشان ميداد. مقدار پارامتر فوق در مديريت آبياري باراني در ايستگاه اصفهان بين 01/1 تا 31/1 ميليمتر كمبرآورد، در ايستگاه كبوترآباد بين
43/1 ميليمتر كمبرآورد تا 61/1 ميليمتر فرابرآورد و در ايستگاه شهيد بهشتي بين 46/2 ميليمتر كمبرآورد تا 93/1 ميليمتر فرابرآورد را نشان داد. با توجه به اينكه ماه پيك مصرف اكثر محصولات كشت شده در فصول بهار يا معمولا در تابستان واقع ميشود، عدم توجه به مقادير كمبرآورد ميتواند گياه را با تنش آبي و در نتيجه كمبود محصول روبرو نمايد. بنابراين مقدار خطاي تخمين تبخير- تعرق در هر دور آبياري در سطوح وسيع كشاورزي قابل ملاحظه خواهد بود و ممكن است گياه را با كم يا بيش آبياري روبرو كند.
درشكل 3 مقادير n-RMSE برآورد تبخير – تعرق با استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي در سالهاي 2006 تا 2009 در ايستگاههاي كبوترآباد و شهيد بهشتي در مديريتهاي آبياري قطرهاي و باراني مقايسه شده است.
همانطور كه در شكل 3 مشاهده ميشود، در صورت استفاده از آمار هواشناسي بلندمدت به جاي آمار همزمان، خطاي برآورد تبخير – تعرق در مديريت آبياري باراني نسبت به قطرهاي كمتر است. در مجموع نتايج نشان ميدهد كه در صورت استفاده از داده هاي هواشناسي بلندمدت هواشناسي به جاي داده هاي همزمان در مديريت آبياري باراني نسبت به مديريت آبياري قطره اي، راندمان پيش بيني بيشتر و خطاي تخمين تبخير – تعرق كمتري وجود دارد.
66955028401457
سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز

سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز
در جدول 3 و در شكلهاي 4 تا 6 مقايسه آماري دقت برآورد تبخير- تعرق بلندمدت به جاي تبخير – تعرق همزمان در فصول مختلف سالهاي 2006 تا 2009 براي هر سه ايستگاه اصفهان، كبوترآباد و شهيدبهشتي اصفهان ارائه شده است.
آمار بلندمدت در ايستگاه اصفهان بين 16 تا 22 درصد در فصل بهار، 16 تا 20 درصد در فصل تابستان، 35 تا 44 درصد در فصل پاييز و 44 تا 56 درصد در فصل زمستان متغير بود. با توجه به شكل 4، حداكثر
ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطرهاي و باراني/ 7

721231-16028750
10
20
30
2009
2005
2006
2007
2008
مديريتقطره
اي
مديريتباراني
n-RMSE(%)
)
ب
(
0
10
20
30
2009
2005
2006
2007
2008
مديريتقطره
اي
مديريتباراني
n-RMSE(%)
)
الف
(
0
10
20
30
2009
2005
2006
2007
2008
مديريتقطره
اي
مديريتباراني
n-RMSE(%)
)
ب
(
0
10
20
30
2009
2005
2006
2007
2008
مديريتقطره
اي
مديريتباراني
n-RMSE(%)
)
الف
(
سالسال
شكل3- مقايسه n-RMSE بين تبخير- تعرق بلندمدت و همزمان در مديريتهاي آبياري قطرهاي و باراني: ايستگاه هواشناسي كبوترآباد (الف) و ايستگاه فرودگاه شهيد بهشتي (ب).
مقدار n-RMSE برآورد تبخير- تعرق با استفاده از استدلال نمود كه مقدار خطاي تخمين تبخير- تعرق
مقاديرn-RMSE در فصول مختلف در ايستگاه اصفهان در بهار 2007و بهار 2009، تابستان 2008، پاييز 2007 و زمستان 2008 مشاهده شد. مقدار n-RMSE در ايستگاه كبوترآباد بين 19 تا 29 درصد در بهار، 19 تا 23 درصد در تابستان، 33 تا 53 درصد در پاييز و 31 تا 44 درصد در زمستان متغير بود. مقدار اين پارامتر در ايستگاه شهيدبهشتي اصفهان بين 16تا 27 درصد در بهار، 10 تا 26 درصد در تابستان، 28 تا 50 درصد در پاييز و 40 تا 53 درصد در زمستان متغير بود. علت وقوع بيشترين مقدار خطاي تخمين تبخير- تعرق در فصلهاي پاييز و زمستان را ميتوان تحت تاثير نزولات جوي دانست. بارندگي يك پديده تصادفي است و زمان وقوع آن در سال هاي مختلف متفاوت است، از طرفي بارندگي شديداً رطوبت نسبي هوا و به دنبال آن تبخير- تعرق را تحت تاثير قرار ميدهد (Allen et al.,1998a). بنابراين ميتوان اين گونه زماني كه تبخير- تعرق بلندمدت به جاي تبخير – تعرق همزمان استفاده شود در مناطقي كه در فصل بهار و تابستان بارندگي دارند، بيشتر از مناطقي است كه در اين دو فصل فاقد بارندگي هستند.
حداكثر مقادير راندمان پيشبيني برآورد تبخير- تعرق در فصول بهار، تابستان، پاييز و زمستان در سالهاي 2006 تا 2009 با استفاده از آمار بلندمدت در ايستگاه اصفهان، به ترتيب 50 درصد، 49 درصد، 72 درصد و 44 درصد بوده است. مقدار اين پارامتر در ايستگاه شهيد بهشتي اصفهان در فصول بهار، تابستان، پاييز و زمستان در سالهاي 2006 تا 2009 به ترتيب 52 درصد، 61 درصد، 68 درصد و 45 درصد بوده است.
نتايج نشان داد كه مقدار راندمان پيشبيني تبخير-تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در برخي از فصول سالهاي 2006 تا 2009 از جمله تابستان 2009 در ايستگاه كبوترآباد، تابستان 2007 و پاييز 2007 در ايستگاه شهيدبهشتي منفي هم بوده كه بيانگر دقت ضعيف برآورد تخمين تبخير- تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در سالهاي نامبرده است.

8 / اميري و همكاران

69362938138567
سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز
91

سال

دوم
/

شماره
1
/

پاييز
91
جدول3 – مقايسه آماري دقت برآورد تبخير- تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در فصول سالهاي 2006 تا 2009
(mm/dayErrorS2) (EF%) n-RMSE (%) ( mm/dayETSavg ) ( mm/dayRMSE ) ايستگاه فصل سال
2/17 500/77
2/66 43 0/99
179074-290155بهار

68
/
4
16

57
/
4

22

67
/
4

20

58
/
4

22

بهار

68
/
4
16

57
/
4

22

67
/
4

20

58
/
4

22

2/58 22 0/94
3/07
2/44
2/30
2/43 39
49
12
13 19
16
20
19 5/09
5/21
5/09
5/13 0/98
0/82
1/04
0/99 2006
2007
2008
2009 تابستان

تابستان

4/26
2/55
2/09
55
14
72
43
44
35 1/88
2/16
1/76 0/81
0/94
0/61 2006
2007
2008 پاييز

پاييز

2/78
2/82
3/31 2/32 36
47
26
-30 19
21
23
22 4/93
4/52
4/72
4/45 0/94
0/96
1/08
0/99 2006
2007
2008
2009 تابستان

تابستان

2/40
4/28
4/02
69 2 65
33
53
41 1/68
1/83
1/63 0/55
0/96
0/66 2006
2007
2008 پاييز

پاييز

1/69
4/09
3/45
2/49 61
-277
21
28 10
26
25
12 6/00
7/71
7/01
6/21 0/60
1/97
1/73
0/75 2006
2007
2008
2009 تابستان

تابستان

2/14
3/40
2/09
62
-133
68
35
50
28 2/24
3/22
2/13 0/78 1/6
0/60 2006
2007
2008 پاييز

پاييز

5265936509939اصفهان

اصفهان

17907411820252009
66
/
0
72
/
1
38
60
06
/
2
زمستان

2006
78
/
0
68
/
1
47

44

53
/
2

2007
70
/
0
60
/
1
44

41

21
/
3

2008
94
/
0
69
/
1
56

43

35
/
3

2009
88
/
0
68
/
1
52

38

31
/
1

بهار

2006
84
/
0
35
/
4
19

38

42
/
2

2007
91
/
0
05
/
4
22

32

88
/
2

2008
1
97
/
3
25

14

87
/
2

2009
17
/
1
08
/
4
29

9

86
/
2

2009
66
/
0
72
/
1
38
60
06
/
2
زمستان

2006
78
/
0
68
/
1
47

44

53
/
2

2007
70
/
0
60
/
1
44

41

21
/
3

2008
94
/
0
69
/
1
56

43

35
/
3

2009
88
/
0
68
/
1
52

38

31
/
1

بهار

2006
84
/
0
35
/
4
19

38

42
/
2

2007
91
/
0
05
/
4
22

32

88
/
2

2008
1
97
/
3
25

14

87
/
2

2009
17
/
1
08
/
4
29

9

86
/
2

52531782830229كبوترآباد

كبوترآباد

17907435190792009
56
/
0
53
/
1
37
61
78
/
2
زمستان

2006
63
/
0
52
/
1
41

61

04
/
3

2007
44
/
0
41
/
1
31

70

86
/
1

2008
65
/
0
49
/
1
44

61

61
/
2

2009
64
/
0
58
/
1
41

60

50
/
2

بهار

2006
86
/
0
31
/
5
16

45

35
/
3

2007
14
/
1
64
/
5
20

52

67
/
3

2008
21
/
1
72
/
5
21

42

56
/
3

2009
25
/
1
63
/
4
27

15

13
/
5

2009
56
/
0
53
/
1
37
61
78
/
2
زمستان

2006
63
/
0
52
/
1
41

61

04
/
3

2007
44
/
0
41
/
1
31

70

86
/
1

2008
65
/
0
49
/
1
44

61

61
/
2

2009
64
/
0
58
/
1
41

60

50
/
2

بهار

2006
86
/
0
31
/
5
16

45

35
/
3

2007
14
/
1
64
/
5
20

52

67
/
3

2008
21
/
1
72
/
5
21

42

56
/
3

2009
25
/
1
63
/
4
27

15

13
/
5

52531784947827شهيدبهشتي

فرودگاه

شهيدبهشتي

فرودگاه

17907458553712009
67
/
0
18
/
2
31
68
52
/
2
زمستان

2006
94
/
0
16
/
2
44

43

51
/
2

2007
85
/
0
09
/
2
40

22

23
/
2

2008
21
/
1
26
/
2
53

45

00
/
5

2009
82
/
0
08
/
2
40

40

09
/
3

2009
67
/
0
18
/
2
31
68
52
/
2
زمستان

2006
94
/
0
16
/
2
44

43

51
/
2

2007
85
/
0
09
/
2
40

22

23
/
2

2008
21
/
1
26
/
2
53

45

00
/
5

2009
82
/
0
08
/
2
40

40

09
/
3

2/84 30 1/02
ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطرهاي و باراني/ 9
-2666511278

همانطور كه در شكل 6 مشاهده مي شود، مقدار خطاي مطلق محاسبه تبخير- تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در ايستگاه اصفهان در فصل بهار بين 66/2 ميلي متر كم برآورد تا 84/2 ميلي متر فرابرآورد، در فصل تابستان 44/2 ميلي متر كم برآورد تا 07/3 ميلي متر فرابرآورد، درفصل پاييز بين 06/2 ميليمتر تا 26/4 ميليمتر كمبرآورد و در فصل زمستان 35/3 ميلي متر كم برآورد تا 21/3 ميلي متر فرابرآورد را نشان مي دهد. با توجه به اينكه تبخير- تعرق روزانه در اصفهان معمولا تا 4 الي 8 ميلي متر در روز ميرسد، مقادير فوق، سبب بروز خطاي قابل ملاحظه اي در محاسبه نياز آبي گياه مي گردد.
نتيجه گيري
شاخص هاي آماري مورد بررسي نشان دادند كه در صورت استفاده از دادههاي بلند مدت هواشناسي به جاي دادههاي همزمان، خطاي متوسط تا زياد در تخمين تبخير – تعرق براي مديريتهاي آبياري قطرهاي و باراني وجود دارد. بنابراين عدم توجه به اين نكته موجب ميگردد در مطالعات كمآبياري و مديريت كمآبياري مزارع كشاورزي امكان اعمال صحيح سطح بهينه آب كاربردي مقدور نباشد.
به طور كلي خطاي برآورد تبخير- تعرق با استفاده از آمار بلندمدت در مديريت آبياري باراني در مقايسه با مديريت قطرهاي كمتر است. با توجه به حساسيت بيشتر سيستم آبياري قطرهاي به تنش رطوبتي نسبت به سيستم آبياري باراني، استفاده از آمار بلندمدت در تخمين تبخير- تعرق، به منظور برنامهريزي آبياري قطرهاي، توصيه نميشود. استفاده از آمار بلندمدت هواشناسي به جاي آمار همزمان در مديريت آبياري باراني براي محصولاتي با ارزش اقتصادي كم و اعمال نظر كارشناسي ميتواند قابل كاربرد باشد. در مجموع، با توجه به بحران كمبود آب در كشور و وجود سطح وسيع اراضي مستعد كشاورزي اعمال مديريت كم آبياري به منظور افزايش توليد در واحد حجم آب مصرفي و همچنين افزايش توليد اجتناب ناپذير است. اين درحالي است كه در سطح جهان براي استفاده بهينه از منابع آب و افزايش توليد محصول به آبياري هوشمند روي آوردهاند. لذا توصيه ميشود توسعه سيستمهاي آبياري هوشمند و ايستگاههاي هواشناسي اتوماتيك در مناطق كشاورزي در برنامه توسعه كشاورزي كشور قرار داده شود.
توسعه ايستگاههاي هواشناسي هوشمند و در دسترس قرار دادن دادههاي همزمان به كشاورزان و محققان راهكاري مناسب براي فراهم آوردن بستر مناسب براي اعمال مديريت كمآبياري و توليد محصول بيشتر به ازاي واحد آب مصرفي در شرايط بحران كمبود آب در كشور است.
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
به
ستان
تاب
پا
ستان
زم
ييز
ار
فصل
Max Error
Min Error
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
هار
ب
ستان
تاب
ييز
پا
ستان
زم
فصل
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
ستان
تاب
ييز
ستان
زم
پا
هار
ب
تبخير

محاسبه

خطاي

مدت

بلند

آمار

از

استفاده

با

تعرق
فصل
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
به
ستان
تاب
پا
ستان
زم
ييز
ار
فصل
Max Error
Min Error
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
هار
ب
ستان
تاب
ييز
پا
ستان
زم
فصل
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
ستان
تاب
ييز
ستان
زم
پا
هار
ب
تبخير

محاسبه

خطاي

مدت

بلند

آمار

از

استفاده

با

تعرق
فصل

شكل 6- مقايسه خطاي مطلق استفاده از آمار بلندمدت تبخير- تعرق به جاي آمار همزمان در فصول مختلف سالهاي 2006 تا 2009: ايستگاه اصفهان (الف)، ايستگاه كبوترآباد (ب) و ايستگاه شهيد بهشتي اصفهان (ج).
54102236771

10/ اميري و همكاران

سپاسگزاري
اين مقاله مستخرج از طرح تحقيقاتي قرارداد شماره 6104/90/500 دانشگاه صنعتي اصفهان ميباشد. بدينوسيله از دانشگاه صنعتي اصفهان سپاسگزاري مي گردد.
فهرست منابع
تقي زاده، ح. 1355. محاسبه پتانسيل تبخير و تعرق درايران.
سازمان هواشناسي كشور، 234 صفحه.
رحيمي خوب، ع.، بهبهاني، س.و نظري فر، م. 1385. بررسي استفاده از حداقل داده هاي هواشناسي در معادله پنمن مانتيث- مطالعه موردي: استان خوزستان. مجله علمي پژوهشي علوم كشاورزي،3: 591- 560.
سبزي پرور، ع.، تفضلي، ف.، زارع ابيانه ، ح.، بانژاد، ح.، موسوي بايگي، م.، غفوري، م.، محسني موحد، ا. و مريانجي، ز. 1387. مقايسه چند مدل برآورد تبخير- تعرق گياه مرجع در يك اقليم سرد نيمه خشك به منظور استفاده بهينه از مدل هاي تابش. مجله آب و خاك (علوم و صنايع كشاورزي)، 22(2): 340-328.
عليزاده، ا.، دهقاني سانيج، ح. و موسوي، م. 1389. تاثير استفاده از داده هاي بهنگام هواشناسي مزرعه در محاسبه نياز آبياري بر افزايش كارايي مصرف آب در ذرت علوفه اي. نشريه آبياري و زهكشي ايران، 4(2):308-318.
فرشي، ع. ا. 1376. برآورد آب مورد نياز گياهان عمده زراعي و باغي كشور. سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي، نشر آموزش كشاورزي، 900 صفحه.
محمدي، م.، نوري، م. و لياقت، ع. م. 1388. ارزيابي روش فائو پنمن مانتيس براي تخمين تبخير و تعرق مرجع با استفاده از داده هاي محدود آب و هوايي. اولين كنفرانس بين المللي مديريت منابع آب، دانشگاه صنعتي شاهرود.
محمديان، آ.، عليزاده، ا. و جوانمرد، س. 1384. محاسبه ميزان فرابرآورد تبخير- تعرق مرجع با استفاده از دادههاي ايستگاه هاي هواشناسي غيرمرجع در ايران. مجله تحقيقات مهندسي كشاورزي، 6(23): 67-84.
وزيري، ژ. 1387. تبخير-تعرق گياهان: (دستورالعمل محاسبه آب مورد نياز گياهان). كميته ملي آبياري و زهكشي ايران،
362 صفحه.
Allen, R.G., Pereira, L.S.,Raes, D. and Smith, M. 1998a. Crop Evapotranpiration:Guildlines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper No 56. Food and Agriculture Organization, Land and Water, Rome,
Italy.
Allen, R.G., Jensen, M.E. Wright, J.L. and Burman, R.D. 1989b. Operational estimates of reference evapotranspiration. Agronomy Journal, 81: 650662.
Bakhtiari, B. and Liaghat, A.M. 2011.Seasonal sensitivity analysis for climatic variables of Penman-Monteith model in a semi-arid
climate.Journalof
Agricultural Science and Technology, ASCE, 13:1135-1145.
Gheysari, M., Mirlatifi, S.M., Bannayan, M.,
Homaee, M. and Hoogenboom G.
2009.Interaction of water and nitrogen on maize grown for silage. Agricultural Water Management, 96:809-821.
Grismer, M., Orang,M.and Matyac, S. 2002.Pan Evaporation to Evapotranspiration Conversion Methods. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 3:180–184.
Irmark, S.,Irmark, A., Allen, R.G. and Jones, J.W. 2003.Solar and Net Radiation-based Equations to Estimate Reference Evapotranspiration in Humid Climates. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 129: 336-347.
Sorensen, M.L.2008. Agriculture water management research trends, Nova science publishers, Inc, New York,307 p.
Stockle, C. O., Kjelgaard, J. and Bellocchi, G. 2004. Evaluation of estimated weather data for calculating Penman-Monteith reference crop evapotranspiration.Irrigation Science, 23:39-46.
Steiner, J.L., Howell, T.A. and Schneider, A.D. 1991. Lysimetric evaluation of daily potential evapotranspiration models for grain-sorghum. Agronomy Journal, 83:240-247.
Yang, J. Y., Drury, C. F., Reynolds, W.D., Tan, C. S., Bai, Y. L., He, P., Jin, J. and Hoogenboom, G. 2010. Using the DSSAT-CERES-Maize model to simulate crop yield and nitrogen cycling in fields under longterm continuous maizeproduction. Available online at: http://sdcite.iisd.org/cgibin/
koha/opacdetail.pl?biblionumber=50534.

ارزيابي كارآيي آمار بلندمدت هواشناسي در مديريت آبياري قطرهاي و باراني/ 11

5781658581289
سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91

سال

دوم
/

شماره
1
/
پاييز
91

Evaluation of efficiency of long-term weather data in trickle and sprinkler irrigation management
Samia Amiri1, Mahdi Gheysari 2* and Bita Movavejalahkami3
1) B.Sc. Graduate, Water Engineering Department, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran 2*) Assistant Professor, Water Engineering Department, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran, Corresponding author email: [email protected]
3) PhD of irrigation and drainage, Isfahan University of Technology, Head of researching of Hidrab Andish Consulting Engineering Company, Isfahan, Iran

Received: 22-04-2012 Accepted: 07-09-2012

Abstract

Proper estimation of crop water requirement is very important for water resource conservation in Iran. However, in most studies in Iran, the estimation of evapotranspiration is based on long-term weather data. However, use of simultaneous weather data of a non-agricultural weather station may underestimate or overestimate the crop water requirement. Therefore, it is essential for irrigation specialist to be aware of the error of evapotranspiration calculated by long-term weather data. The objective of this study was to evaluate accuracy of evapotranspiration of reference crop using long-term weather data in comparison with simultaneous weather data in drip and sprinkler irrigation. The period was designated to be from 1995 to 2009 in Isfahan weather station, Kabootarabad weather station and Shahid Beheshti airport weather station. The maximum value of n-RMSE using long-term weather data in comparison to simultaneous weather data were 24% for trickle irrigation and 18% for sprinkler irrigation management, 22% in spring, 20% in summer, 44% in fall and 56% in winter. According to results of this study, the application of long-term weather data in deficit irrigation management is not recommended. On the other hand, due to sensitivity of trickle irrigation to water stress, the application of long-term weather data for estimating of evapotranspiration in irrigation scheduling is not recommended. Finally, application of automatic weather stations and simultaneous weather data for accurate irrigation management particularly in deficit irrigation management in critical situation of water shortage is recommended.
Keywords: automatic weather station; crop water requirement; evapotranspiration; smart irrigation

Vol. 2, No. 1, Fall 2012
Vol. 2, No. 1, Fall 2012



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید