2005; Lopez-Urrea et al., 2006; Gundekar

Transcript

1 25 فصلنامه علمی-پژوهشی خشک بوم سال اول شماره 1 پاییز 1389 برآورد تبخیر و تعر ق گیاه مرجع با استفاده از روش فاي و-پنمن- مانتیث و پهنهبندي آن در استان یزد - 1 طاهره شرقی دستیار علمی گروه کشاورزي دانشگاه پیام نور یزد taherah_sharghi@yahoo.com - 2 حسین بري ابرقویی استادیار گروه کشاورزي دانشگاه پیام نور یزد محمد امین اسدي کارشناس ارشد آبخیزداري دانشگاه یزد محمد رضا کوثري کارشناس ارشد آبخیزداري دانشگاه یزد دریافت : 1389/4/15 پذیرش : 1389/9/18 چکیده کشور ایران جزء مناطق خشک و نیمهخشک جهان است و با محدودیت شدید منابع آب مواجه است. تعیین تبخیر و تعر ق که یکی از اجزاي اصلی چرخه هیدرولوژي میباشد. بسیاري از مطالعات از جمله توازن هیدرولوژیک آب طراحی و مدیریت سیستمهاي آبیاري شبیهسازي میزان محصول و مدیریت منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. در حال حاضر روشهاي گوناگونی براي محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع وجود دارد. بر اساس نتایج مطالعات انجام شده در مناطق مختلف پس از دستگاههاي لایسیمتر وزنی روش فاي و- پنمن - مانتیث هم در شرایط آب و هوایی خشک و هم در شرایط آب و هوایی مرطوب به عنوان دقیقترین روش معرفی شده است. در این مطالعه تبخیر و تعرق گیاه مرجع با استفاده از روش فاي و- پنمن- مانتیث در 29 ایستگاه کلیماتولوژي و سینوپتیک انتخاب شده در استان یزد محاسبه شد. سپس با برقراري ارتباط بین پارامتر تبخیر و تعرق با ارتفاع و همچنین روش عکس مجذور فاصله نقشههاي مقادیر تبخیر و تعرق گیاه مرجع در سطح استان پهنهبندي گردید. نشان داد که مناطق مرکزي جنوبی و برخی نواحی غربی استان از شدت تبخیر و تعرق بیشتري نسبت به مناطق شمالی و شرقی برخوردار هستند. واژگان کلیدي: تبخیر و تعرق گیاه مرجع فاي و- پنمن- مانتیث پهنهبندي استان یزد مقدمه تبخیر و تعرق پتانسیل یکی از عناصر مهم چرخه هیدرولوژي است که نقش مهمی را در مطالعات کشاورزي طرحهاي مدیریت منابع آب طراحی شبکههاي آبیا ير و زهکشی و سازههاي آبی بازي میکند ) al., Snyder et 2005; Lopez-Urrea et al., 2006; Gundekar al (et یکی از راههاي کاهش تلفات آب در مزارع برنامهریزي صحیح آبیاري میباشد که اساس آن برآورد دقیق نیاز آبی گیاهان و در نتیجه تبخیر و تعرق گیاه مرجع می باشد. مطالعه و بررسی تبخیر و تعر ق گیاه مرجع براي اراي ه الگوي کشت مناسب و بهینهسازي استفاده از منابع آب موجود در دورههاي آتی ضروري است (گل کار حمزیی یزد و همکاران 1386 ه. ش.). بر اساس استاندارد فاي و تبخیر و تعرق گیاه مرجع عبارت است از میزان آبی که یک مزرعه پوشیده از گیاه مرجع (مانند چمن) در یک دوره زمانی مشخص مصرف نماید به طوري که گیاهان این مزرعه در طول دوره رشد با کمبود آب مواجه نشوند (شریفان و همکاران 1384 ه. ش.). در بیشتر روشهایی که براي تعی نی میزان تبخیر و تعرق اراي ه شده ابتدا مقدار تبخیر و تعرق گیاه مرجع (ETo) تخمین زده میشود و سپس از روي آن تبخیر و تعر ق

2 26 فصلنامه خشک بوم جلد 1 شماره 1 پاییز 1389 گیاه مورد نظر محاسبه میشود (علیزاده و همکاران.(1383 رشته کوهه يا البرز و زاگرس نقش بسیار مهمی در پراکنش ناهمگون زمانی و مکانی بارندگی در کل کشور ایفا میکنند. این رشته کوهها مانع از رسیدن تودههاي مرطوب به قسمته يا داخلی کشور میشوند (رضیي ی و همکاران 1384 ه. ش.). در نتیجه استان یزد که در مرکز ایران قرار دارد از خشکترین مناطق کشور است و با کمبود شدید منابع آبی مواجه است. از ای ن رو ضروري است تا با مدیریت کارآمد منابع آب و همچنین اولوی ت بندي مناطق مختلف از نظر خشکی تا حد ممکن از بروز مشکلات جدي ناشی از کم آبی در استان جلوگیري شود. یکی از معیارهایی که بیانگر میزان خشکی در مناطق مختلف است پارامتر تبخیر و تعرق میباشد. بنابراین در این مطالعه تبخیر و تعرق پتانسیل با استفاده از روش فاي و- پنمن- مانتیث براي ایستگاهه يا انتخاب شده محاسبه و میانگین آن در طول دوره آماري براي نواحی مختلف استان تعی نی شد. در پایان مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل براي سطح استان پهنهبندي گردید. مواد و روشها موقعیت جغرافیایی استان یزد در بین عرض جغرافیایی شمالی و طول جغرافیایی گرفته است. استان یزد با مساحت نزدی ک 29 تا 35 درجه 52 تا 58 درجه شرقی قرار به کیلومتر مربع رتبه چهارم کشور را از نظر سطح دارا است. آمار و اطلاعات براي مطالعه و پهنهبندي تبخیر و تعر ق گیاه مرجع با استفاده از روش فاي و-پنمن - مانتیث ابتدا آمار مورد نیاز از ایستگاهه يا در نظر گرفتن معیاره يا موجود در سطح استان یزد تهیه شد. سپس با مختلف در انتخاب ایستگاهها از جمله نبود خلاء آماري طول مدت آمار پراکنش مناسب در استان تعداد 29 ایستگاه هواشناسی انتخاب شد. با بازسازي و تطویل آمار برخی از ایستگاهها دوره آماري مشتر ك 13 ساله ( ه. ش.) در نظر گرفته شد (جدول 1). شکل 1 نشان دهندة نقشە پراکنش ایستگاه- ه يا هواشناسی مورد استفاده میباشد. با شرایط موجود در منطقه معمولا با افزایش طول دوره مشترك آماري تعداد کمتري از این ایستگاهها در تولید نقشە نهایی وارد می شوند. براي بازسازي آمار ایستگاهه يا نرمال استفاده شد. ناقص از روش نسبت محاسبه تبخیر و تعر ق پتانسیل به روش فاي و-پنمن- مانتیث روشهاي مختلفی براي محاسبە تبخیر و تعر ق گیاه مرجع پیشنهاد شده است که هر کدام از نظر دادههاي مورد نیاز تا حدودي با یکدیگر تفاوت دارند. فاي و در سال 1998 (نشریه 56) روش فاي و- پنمن- مانتیث را به عنوان روش استاندارد برآورد تبخیر و تعر ق گیاه مرجع معرفی نمود (حیدرپور و همکاران 1386 ه. ش.). در این مطالعه به منظور برآورد مقدار تبخیر و تعر ق گیاه مرجع به روش فاي و- پنمن- مانتی ث استفاده شده است: [ 890 /( T + 273) ] U ( e e ) (1) که در آن: ) R n از رابطه زیر (mm/day) تبخیر و تعرق گیاه مرجع : ET o تابش خالص در سطح پوشش گیاهی ) 1- d (MJm 2- ( o C) میانگین دماي هوا : T (ms 1- ) سرعت باد در ارتفاع 2 متري از سطح زمین U: 2 (KPa) کمبود فشار بخار در ارتفاع 2 متري : ea e d = شیب منحنی فشار بخار ) -1 C (KPa o (KPa o C -1 ) ضریب رطوبتی =γ G= شار گرما به داخل خاك ) 1- d (MJm 2- میباشد. بر مبناي اطلاعات اقلیمی تهیه شده و با استفاده از رابطه فوق مقادیر سالانه تبخیر و تعرق گیاه مرجع در هر یک از ایستگاهها برآورد گردید ( Rn ET = o G) + γ + γ( U 2 2 a d

3 27 جدول 1. مشخصات ایستگاه هاي انتخاب شده جهت بررسی تبخیر و تعرق گیاه مرجع در استان یزد تهیه نقشه هاي پهنهبندي تبخیر و تعرق پتانسیل روشه يا گوناگونی براي پهنهبندي بر اساس نقاط داراي اطلاعات یک مو لفه مشخص اراي ه شده است که اغلب بر مبناي درونیا یب اند. هدف از ای ن روشها تعمیم اطلاعات حاصل از نقاط یا خطوط به سطح است. در ای ن مطالعه از دو روش برقراري ارتباط بین پارامتر تبخیر و تعر ق با ارتفاع و همچنین روش مبتنی بر زمین آمار نقشه پهنهبندي تبخیر و تعرق استان یزد تهیه گردید. یکی از مهمترین روشه يا درونیا ی ب برقراري ارتباط بین پارامتر مورد ن ظر (تبخیر و تعر ق گیاه مرجع) به عنوان یک متغیر وابسته با یک متغیر مستقل مانند ارتفاع است. البت ه شرط آن داشتن حد اقل ارتباط و همبستگی معنیدار آماري است. در صورت معنیدار بودن رابطه بین این پارامترها بر مبناي متغیر مستقل که در اینجا ارتفاع است و همچنین با استفاده از مدل رقومی ارتفاع (DEM) می- توان مقادیر تبخیر و تعر ق را در سایر نقاط استان نیز تهیه نمود. در این مطالعه بر مبناي رابطە بین ارتفاع و تبخیر و تعرق و معنیدار بودن رابطه بین آنها در سطح %1 (بر مبناي ضریب همبستگی (0.55=R) در جدول فیشر و با درجه آزادي 26) یک رابطه نمایی بین پارامتر ارتفاع و تبخیر و تعرق گیاه مرجع به دست آمد. بر مبناي روشه يا زمینآمار نیز میتوان به دورنیا یب بین نقاط و پهنهبندي پرداخت. از رایج ترین ای ن میتوان به روش کریجینگ و کوکریجینگ اشاره نمود. روشها البت ه یکی از مهمترین شرطهاي استفاده از این روشها نرمال بودن دادههاي ورودي است. بررسی ظاهري بر مبناي هیستوگرام و همچنین نمودارهاي Normal Q_Qplot دادههاي تبخیر و تعرق گیاه مرجع نشان دهنده نرمال نبودن این دادهها میباشد. با لگاریتم گرفتن و همچنین اعمال تابع Box Cox نیز دادهها حالت نرمال را از خود نشان ندادند. لذا براي اعمال روش درون- یابی از روش عکس مجذور فاصله یا ) IDW Inverse (Distance Wighting استفاده گردید. نتایج براي بررسی شرایط تبخیر و تعرق در استان یزد مقادیر متوسط سالانه تبخیر و تعر ق گیاه مرجع در ایستگاههاي مورد بررسی در دوره آماري 1375 تا 1387 تهیه شده است (جدول 2). بر مبناي عدد رقومی (DN) پیکسلهاي تولید شده براي متوس ط سالانه تبخیر و تعر ق گیاه مرجع در استان یزد به دو روش درونیابی از طریق برقراري رابطه نمایی بین ارتفاع و تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع و همچنین استفاده از روش عکس فاصله (IDW) متوسط تبخیر و تعر ق گیاه مرجع استان یزد به ترتیب 1704/3 و 1540/3 میلیمتر برآورد گردید. ایستگاه ابرکوه بافق رباط پشت بادام طبس عقدا گاریز مروست مهریز میبد هرات یزد ابراهیم آباد اردکان اسفندآباد اشکذر بهاباد بهادران چادرملو چاه افضل ندوشن خضرآباد نصرآباد نیر معدن پرورده تنگ چنار عشقآباد سبزدشت علیآباد دیهوك عرض جغرافیایی طول جغرافیایی ارتفاع از سطح دریا (m)

4 28 فصلنامه خشک بوم جلد 1 شماره 1 پاییز 1389 شکل 1. نقشه پراکنش ایستگاهه يا هواشناسی مورد استفاده براي تهیه نقشه هم تبخیر و تعرق مرجع استان یزد شکل هاي 3 و 4 به ترتیب نشاندهنده خطوط هم ارزش مقدار تبخیر و تعرق گیاه مرجع استان یزد به دو روش برقراري رابطه نمایی بین ارتفاع و تبخیر و تعر ق پتانسیل گیاه مرجع و همچنین استفاده از روش عکس فاصله است. همچنین جدول 3 مقادیر برآورد شده توسط دو روش درونیابی مورد استفاده و مقادیر واقعی (مقادیر محاسبه شده در هر یک از ایستگاه ها) و همچنین خطاي برآورد دو روش درونیابی را نشان میدهد. بحث و نتیجهگیري بیش از %72 از منابع آبی کشور از طریق تبخیر و تعر ق از دسترس خارج میگردد. این امر نشاندهندة اهمیت توج ه بیشتر به مسا له تبخیر و تعر ق در کشور است. این در حالی است که در مناطق کویري و خشک کشور شرایط بیشتري براي تبخیر و تعر ق فراهم است. دماي زیاد کمبود رطوبت نسبی بادهاي گرم تابش قابل توجه خورشید و طول ساعات آفتابی و همچنین تعداد کم روزهاي ابري همه از مساي لی است که تبخیر و تعرق را در این مناطق افزایش میدهد. به منظور تهیه نقشههاي هم تبخیر و تعرق پتانسیل از دو روش برقراري ارتباط بین پارامتر تبخیر و تعرق با ارتفاع و همچنین روش عکس مجذور فاصله یا IDW استفاده شد و سپس بر اساس شاخص RMSE مناسبترین روش درونیابی تهیه نقشه انتخاب گردید. مقدار این شاخص براي روش میانیابی از طریق برقراري رابطه بین ارتفاع و مقدار متوسط تبخیر و تعرق سالانه گیاه مرجع استان یزد و روش IDW به ترتیب 65/9 و 35/4 میلیمتر محاسبه گردید که نشاندهندة دق ت بیشتر روش عکس مجذور فاصله در میانیابی مقادیر تبخیر و تعرق گیاه مرجع در استان یزد بوده است. نقشههاي پهنهبندي مقادیر تبخیر و تعر ق گیاه مرجع نشان میدهد که میزان تبخیر و تعر ق در مناطق مختلف استان متفاوت میباشد. البت ه تجزیه و تحلیل این حالت نیاز به تحقیق و مطالعە بیشتري دارد. زیرا اثر متقابل عوامل اقلیمی مانند دما رطوبت نسبی سرعت باد تشعشع نوع و مرحله رشد گیاه و عوامل دیگر سبب میگردد تا تبخیر و تعر ق به صورت پدیدهاي غیرخطی و پیچیده نمایان گردد.

5 29 جدول 2. مقادیر متوسط سالانه تبخیر و تعرق گیاه مرجع در نام ایستگاه ابرکوه بافق رباط پشت بادام طبس عقدا گاریز مروست مهریز میبد هرات یزد ابراهیم آباد اردکان اسفندآباد اشکذر ایستگاههاي مورد بررسی متوسط تبخیر و تعرق گیاه مرجع (mm/year) 1686 / / / / / / / / / / / / / / /5 نام ایستگاه بهاباد بهادران چادرملو چاه افضل ندوشن خضرآباد نصرآباد نیر معدن پرورده تنگ چنار عشق آباد سبزدشت علی آباد دیهوك متوسط تبخیر و تعرق گیاه مرجع (mm/year) 1609 / / / / / / / / / / / / / /8 در رابطه با نقشههاي پهنهبندي مقادیر تبخیر و تعرق گیاه مرجع مشخص گردید که مناطق مرکزي جنوبی و برخی نواحی غربی استان شدت تبخیر و تعرق بیشتري نسبت به مناطق شمالی و شرقی دارند. بنابراین تبخیر و تعرق بالا و در نتیجه خشکی بیشتر جزي ی از ذات این مناطق است. اما از طرف دیگر باید در نظر داشت که اکوسیستمهاي چنین مناطقی به شدت شکننده میباشند و عواملی نظیر تخریب اراضی و تغییر نادرست کاربري آنها چراي بیش از حد برداشت بیش از حد منابع آب زیرزمینی و در کنار آن عوامل مربوط به گرمایش جهانی و تغییر اقلیم و همچنین خشکسالیهاي مخر ب به طور گستردهاي اکوسیستمهاي چنین مناطقی را تحت تا ثیر قرار میدهد. لذا پایش مداوم شرایط اکوسیستمهاي مناطق مرکزي جنوبی و برخی نواحی غربی استان توصیه میگردد. نقشه هاي تولید شده میتواند در زمینه مکانیابی بسیاري از طرحهاي کشاورزي و منابع طبیعی و همچنین عمرانی در استان یزد به عنوان یکی از نقشههاي پایه و مهم مورد توجه قرار گیرد. تعیین مناطق در معرض تبخیر و تعرق شدید در استان یزد نتیجه ارزشمندي است که امید است در آینده مطالعات بیشتري در این زمینه صورت پذیرد تا با برخورد هر چه منطقیتر با این پدیده از اثرات مضر آن در مناطق خشکی نظیر استان یزد کاسته شود. سپاسگزاري این تحقیق با استفاده از اعتبارات پژوهشی دانشگاه پیام نور یزد انجام شده است. همچنین نویسندگان از سازمان هواشناسی یزد کمال تشکر را دارند تبخیر و تعرق گیاه مرجع (میلیمتر) y=1930.6e x R= ارتفاع (متر) شکل 2. رابطه نمایی بین پارامتر ارتفاع ایستگاه هواشناسی و تبخیر و تعرق متوسط سالانه گیاه مرجع

6 30 فصلنامه خشک بوم جلد 1 شماره 1 پاییز 1389 شکل 3. نقشه پهنه بندي تبخیر و تعرق پتانسیل متوسط در استان یزد بر مبناي روش برقراري رابطه نمایی بین ارتفاع و تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع شکل 4. نقشه پهنهبندي تبخیر و تعرق پتانسیل متوسط در استان یزد بر مبناي روش عکس فاصله (IDW)

7 31 خطا جدول 3. جدول مقادیر برآورد شده و واقعی (بر حسب میلیمتر در سال) و همچنین خطاي برآورد دو روش میانیابی مورد بررسی نام ایستگاه روش عکس فاصله مقادیر پیشبینی شده مقادیر واقعی رابطه نمایی بین ارتفاع و تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع خطا مقادیر پیشبینی شده مقادیر واقعی 1686/ / 00-50/ / / ابرکوه - 26/ / / 00-96/ / / بافق - 75/ / / / / / رباط پشتبادام / / / / / / طبس / / / / / / عقدا / / / / / / گاریز - 182/ / / / / / مروست / / / 96-61/ / / مهریز / / / 95-96/ / / میبد - 131/ / / 92-59/ / / هرات - 221/ / / / / / یزد - 266/ / / / / / ابراهیم آباد / / / / / / اردکان / / / 31-97/ / / اسفندآباد / / / / / / اشکذر / / / / / / بهاباد / / / / / / بهادران / / / / / / چادرملو - 27/ / / 96-99/ / / چاه افضل / / / / / / ندوشن / / / / / / خضرآباد - 57/ / / 67-27/ / / نصرآباد - 74/ / / 92-38/ / / نیر - 214/ / / / / / معدن پرورده / / / 10-77/ / / تنگچنار - 36/ / / 39-0/ / / عشق آباد / / / 32-68/ / / سبزدشت / / / / / / علیآباد / / / / / / دیهوك / 39

8 32 فصلنامه خشک بوم جلد 1 شماره 1 پاییز 1389 منابع حیدرپور منوچهر سیدفرهاد موسوي و سیدابراهیم هاشمی (1386 ه. ش.). واسنجی معادله پنمن مانتیث براي برآورد تشعشع خالص در منطقه اصفهان. آب و خاك (علوم و صنایع کشاورزي) (2) : رضیي ی طیب پیمان دانش کار آراسته و بهرام ثقفیان (1384 ه. ش.). بررسی روند بارندگی سالانه در مناطق خشک و نیمه خشک مرکزي و شرقی ایران آب و فاضلاب (2): شریفان حسین بیژن قهرمان امین علیزاده و مجید میرلطیف ی (1384 ه. ش.). ارزیا یب روشهاي مختلف تشعشعی و رطوبتی جهت برآورد تبخیر و تعرق مرجع و اثرات خشکی هوا بر آن در استان گلستان مجله علوم خاك و آب (2): علیزاده امین غلامعلی کمالی محمدجواد خانجانی و محمدرضا رهنورد (1383 ه. ش.). ارزیا یب مناطق خشک ایران,.97 روشهاي برآورد تبخیر- تعرق در فصلنامه تحقیقات جغرافیایی 19 :(2) -105 گل کار حمزیی یزد حمید رضا فریدون کاوه بیژن قهرمان و ح. صدقی (1386 ه. ش.). بررسی روند تغییرات سري زمانی تبخیر- تعرق ماهیانه گیاه مرجع با استفاده از روش پیشنهادي فاي و-پنمن- مانتیث علوم کشاورزي (2): Gundekar, H. G., Khodke, U. M, & Sarkar, S. (2008). Evaluation of pan coefficient for reference crop evapotranspiration for semi-arid region. Irrigation Science 26: Lopez-Urrea, R., Martín de Santa Olalla, F., Fabeiro, C. & Moratalla A. (2006). Testing evapotranspiration equations using lysimeter observations in a semi-arid climate. Agric Water Management 85: Snyder, R. L., Orang, M., Matyac S., & Grismer ME (2005). Simplified estimation of reference evapotranspiration from pan evaporation data in California. J Irrigation Drain Engineering 131(3):

9 33 Arid Biom Scientific and Research Journal Vol. 1 No Estimation of reference evapotranspiration using FAO-Penman-Monteith method and its zonation in Yazd province 1- T. Sharghi, Academic staff of Payame Noor University, Yazd, I. R. Iran taherah_sharghi@yahoo.com 2- H. Bari Abarghuei, Assistant professor Agriculture Department, Payame Noor University, Yazd, I. R. Iran 3- M. A. Asadi, Faculty of Natural Resources, Yazd University, Yazd, I. R. Iran 4- M. R. Kousari, Faculty of Natural Resources, Yazd University, Yazd, I. R. Iran Received: 6 Jul 2010 Accepted: 9 Dec 2010 Abstract Iran is a part of the world's arid and semi-arid areas and encounters severe lack of water resources. Evapotranspiration is a major component of the hydrological cycle and its precise determination has a high importance in the studies of hydrological balance measurement, design and management of irrigation systems, product yield simulation and design and water resources management. At present, there are various methods for calculating the reference evapotranspiration. According to some researches, FAO-Penman-Monteith method is the most accurate method for the estimating of both dry and wet weather conditions after lysimeter weight method. In this study, the amount of reference evapotranspiration was calculated using FAO-Penman-Monteith method in 29 selected synoptic and climatology stations in Yazd. Then, they were classified in two ways: Firstly, through an establishment of a relationship between evapotranspiration parameters and height, and secondly, through Inverse Distance Weighting (IDW). Finally, variations of reference evapotranspiration in different land cover throughout the province were analyzed. Method Reference evapotranspiration maps show that the amount of evapotranspiration is higher in central, southern and some western areas of the province than in northern and eastern areas. Keywords: Reference evapotranspiration, FAO-Penman-Monteith method, Zonation, Yazd province.