داشته باشد. مقدمه اراضي مورد استفاده واقع شود. نظر به وسعت عرصههاي منابع حوزه آبخيز فناوری مناسبي باشد. هدف از انجام پژوهش معرفي

Transcript

1 مجله علمی- پژوهشی Iran-Watershed Management Science & Engineering Vol. 4, No. 13, Winter 2011 سال چهارم- شماره 13- زمستان 1389 تعيين و پهنهبندي تبخير و تعرق واقعي توسط تكنيك سنجش از دور و الگوريتم سبال )مطالعه موردي: حوزه آبخيز منشاد در استان يزد( سمانه پورمحمدي 1 محمدتقي دستوراني 2 محمدحسين مختاري 3 و محمدحسن رحيميان 4 تاریخ دریافت: 89/04/27 تاریخ پذیرش: 89/11/11 چكيده تبخير و تعرق يكي از مهمترين راههاي مصرف يا هدر رفت آب در يك حوزه آبخيز است كه پايش و بررسي تغييرات آن در دورههاي زماني معين میتواند ضمن نشان دادن ميزان آب مصرفي در هر كاربري اراضي در مديريت آب در مقياس حوزه و تعيين ميزان آب مورد نياز جهت تخصيص به هر كاربري اراضي مورد استفاده واقع شود. نظر به وسعت عرصههاي منابع طبيعي و حوزههاي آبخيز و عدم امكان بررسي ايستگاهي تبخير و تعرق در يك حوزه سامانه سنجش از دور ميتواند در تعيين تبخير و تعرق واقعي صورت گرفته از کاربریهای مختلف يك حوزه آبخيز فناوری مناسبي باشد. هدف از انجام پژوهش معرفي آلگوريتم توازن انرژي سطحي زمين )سبال( و نحوه محاسبه تبخير و تعرق واقعي توسط آن در حوزه آبخيز منشاد در استان يزد است كه به كمك يك سري زماني از تصاوير ماهوارهاي موديس )15 تصوير( در سال آبي صورت گرفته است. بر اين اساس نقشه تبخير و تعرق واقعي پوششهاي مختلف سطح حوزه براي يك سال آبي ترسيم و تجزيه تحليل شد. نتايج حاصل از اين پژوهش ضمن نشان دادن تغييرات مكاني تبخير و تعرق صورت گرفته از کاربریهای مختلف اراضي )بين 27 تا 1174 ميليمتر( 1- دانش آموخته كارشناسي ارشد مديريت مناطق بياباني )گرايش آب( دانشگاه يزد S.poormohammad.@yahoo.com 2- نویسنده مسئول و دانشيار دانشكده منابع طبيعي دانشگاه يزد 3- كارشناس ارشد سنجش از دور پژوهشكده مناطق خشك و بياباني دانشگاه يزد 4- كارشناس آبياري و زهكشي مركز ملي پژوهش های شوري منعكسكننده تغييرات قابل توجه اين عامل در کاربریهای مختلف حوزه بود. لذا در مديريت منابع آب و تخصيص حجم مشخص از آب حوزه به هر كاربري ميتواند نقش قابل توجهي داشته باشد. واژههای كليدي: تبخير و تعرق واقعي پهنهبندي مديريت منابع آب سبال و حوزه آبخيز منشاد مقدمه فنون سنجش از دور اين امكان را ميدهند تا سطح وسيعي از منطقه مورد مطالعه را همزمان مورد پوشش قرار داده اقدام به رصد و مطالعه تبخير و تعرق نمود. به کمک اين فن توزيع مكاني عاملهای مورد نياز مدلهای تبخير و تعرق و تغييرات زماني آنها بين دو تصويربرداري متوالي فراهم میشود ]4[. تبخير و تعرق يكي از مهمترين اجزاي بيالن آبي در حوزه است. در مطالعات بيالن آبي اين عامل عموما به دو شيوه مورد بررسي قرار ميگيرد. اول اينكه عامل تبخير و تعرق به عنوان جزء مجهول در معادله بيالن آبي قلمداد شده و با محاسبه ساير اجزاء در نهایت از طريق جزء باقيمانده اقدام به تعيين آن مينمايند. راه حل دوم اينكه به كمك يكي از روشهاي مستقيم يا غيرمستقيم )محاسباتي( اين جزء محاسبه شده و در معادله بيالن آبي لحاظ ميگردد ]3 [. الگوريتم سبال يكي از مواردي است كه به كمك سنجش از دور آمده تا بتوان ميزان تبخير و تعرق واقعي را محاسبه نمود. الگوريتم سبال تا كنون در بيشتر از 30 كشور به طور كاربردي استفاده شده است] 13 [. در ارتباط با استفاده از الگوريتم توازن انرژي در كشورمان نيز معدود مطالعاتي صورت پذيرفته است. به عنوان مثال در پژوهشي که در حوزه آبخيز تنگ کنشت کرمانشاه انجام گرفته است تبخير و تعرق واقعي گياه با استفاده از معادله توازن انرژي و به كارگيري تصاوير ماهوارهاي لندست نقشه توپوگرافي حوزه و پوشش گياهي منطقه و همچنين دادههاي هواشناسي محاسبه شده است. اين پژوهش همچنين تبخير و تعرق گياه مرجع را با استفاده از فرمولهارگريوز محاسبه نموده است. سپس با تقسيم نمودن مقادير مربوط به ميزان تبخير و تعرق به دست آمده از فرمولهارگريوز و معادله توازن انرژي ضريب گياهي )Kc( براي هر پيکسل محاسبه شده است. از آن جايي که براي هر تيپ پوشش گياهي ضریبهای گياهي نيز متفاوت ميباشد براي اصالح آن به همپوشاني نقشه ضریبهای گياهي و نقشه تيپ گياهي پرداخته شد. به اين صورت ضريب گياهي براي هر تيپ اصالح سال چهارم- شماره 13- زمستان

2 ضريب در مرجع گياه براي آمده دست به تعرق و تبخير سپس گرديد. شود. ترسيم منطقه تعرق و تبخير نقشه تا شد ضرب تيپ هر گياهي و تبخير ميزان با آمده دست به واقعي تعرق و تبخير مقدار نهایت در مقايسه بود شده محاسبه انرژي توازن معادله توسط که واقعي تعرق پژوهش اين نتايج آمد. دست به آن 1 مربعات ميانگين خطاي و شد ماهوارهاي( )تصاوير انرژي توازن معادله روش دو بين که داد نشان برآورد در مناسب( گياهي ضریبهای از )استفاده معادلههارگريوز و در دارد] 1 [. وجود R( 2 )0/99= بااليي همبستگي تعرق و تبخير تنشهای تحت گياهان واقعي تعرق و تبخير ميزان ديگري پژوهش الگوريتم توسط خوزستان استان در واقع آزادگان دشت در محيطي سایتهای از يك هر براي پژوهش اين نتايج شد. برآورد سبال و تبخير نيزارها( و مرتعي گياهان گندم )گياه منطقه در موجود آمده دست به تعرق و تبخير ضمن در داد. ارایه را جداگانهاي تعرق معادله از شده محاسبه مرجع تعرق و تبخير با سبال الگوريتم از در همچنين [. ]3 داد نشان را %85 حدود همبستگي پنمن-مانتيث گلستان استان در واقع ارتش نمونه مزرعه در که ديگر پژوهشي مي 5 تاريخ دو در روزانه تعرق و تبخير برآورد جهت شده انجام موديس تصاوير از 2003 خرداد( )17 ژوئن 7 و ارديبهشت( )15 كه ديگري پژوهش در [. است] 9 گرديده استفاده سبال الگوريتم و و تبخير روي بر گياهي پوشش تغييرات تاثير روي بر كاستاريكا در اين در است. گرديده استفاده ماهوارهاي تصاوير از شده انجام تعرق در را تعرق و تبخير و گياهي پوشش تغييرات بين رابطه پژوهش 2 آستر و موديس ماهوارهاي تصاوير از استفاده با سال خشك ماه چند دو از آمده دست به نتايج سپس شد. ارزيابي 3 سبس مدل طريق از و آستر تصاوير از استفاده با كه شد نتيجهگیريی و مقايسه هم با تصوير را واقعي تعرق و تبخير و گياهي پوشش تغييرات خوبي به ميتوان تعرق و تبخير تعيين براي موديس تصاوير همچنین كرد ارزيابي پژوهشي در است] 16 [. مناسب زماني مختلف دورههاي صورت به و تبخير گرفت صورت اسپانيا در ا برو دره نام به منطقهاي در كه گياه براي سال چهار طي در سبال مدل از شده محاسبه واقعي تعرق شده اندازهگيري واقعي تعرق و تبخير با چمن مرجع گياه و ذرت داد نشان پژوهش اين نتايج شد. مقايسه مانتيث پنمن معادله توسط روز در ميليمتر يك ذرت مورد در سبال مدل به مربوط خطاي كه مسلم كه آنچه میباشد] 17 [. روز در ميليمتر 0/3 چمن گياه براي و به است. آب منابع بهينه مديريت در آلگوريتم اين كارآيي است مكاني صورت به واقعي تعرق و تبخير مقدار داشتن با كه طوري مقياس در )حتي منطقه هر در آب مصرف الگوي از صحيحي تصوير برنامهريزي به اقدام ميتوان آن براساس كه آيد مي دست به وسيع( پژوهش از هدف نمود. منطقه هر به نياز مورد آب مقدار تخصيص و سبال الگوريتم كمك به واقعي وتعرق تبخير ميزان تعيين نيز حاضر در مختلف گياهي پوششهاي و اراضي کاربریهای از يك هر براي در آب منابع بهينه مديريت جهت يزد استان در منشاد آبخيز حوزه كارآيي ميتواند اينكه ضمن پژوهش اين نتيجه میباشد. حوزه اين آن آبخيز حوزه مقياس در آب منابع مديريت در را الگوريتم اين بگذارد نمايش به ايران خشك نيمه و خشك اقليمي شرايط در هم )تحت مختلف محصوالت آبي نياز نقشه ترسيم به توانست خواهد نمايد. شاياني كمك نيز مختلف( محيطي تنشهاي روشها و مواد مطالعاتي منطقه - در كه میباشد منشاد حوزه حاضر پژوهش در مطالعاتي منطقه عرض و شرقي 37 و 16 و 54 تا 56 و 9 و 54 جغرافيايي طول واقع شمالي ثانيه 24 و 36 و 31 تا 8 و 29 و 31 جغرافيايي از و يزد استان جزو استاني تقسيمات نظر از حوزه اين است. شده اين مساحت میباشد. شيركوه منطقه در ميانكوه آبخيز حوزههاي و 1788 منشاد حوزه ارتفاع حداقل میباشد. هكتار 6137 حوزه حوزه در ساالنه متوسط دماي ميباشد آن ارتفاع حداكثر در ميليمتر 368/35 آن متوسط بارش و سانتيگراد درجه 11 منشاد ميانگين با ماه شهريور حوزه اين در سال ماه گرمترين میباشد. سال ميانگين با ماه بهمن آن سردترين و سانتیگراد درجه 24/5 دماي تقسیمبندی نظر از است. شده تعيين سانتیگراد درجه دماي 0/5 محسوب خشك نيمه و سرد مناطق جز شده اصالح مارتن دو اقليمي موقعيت همراه به منشاد حوزه از كلي نماي )1( شكل در میشود. میشود. مشاهده يزد استان در آن جغرافيايي پژوهش روش شده داده نشان پژوهش اين انجام مختلف مراحل )2( شکل در و 4 موديس سنجنده به مربوط استفاده مورد ماهوارهای تصاوير است. هستند اراضي کاربري و گياهي پوشش شامل استفاده مورد نقشههای شدهاند. رقومي همگي که رنگي تركيب نقشه همراه به مطالعاتي منطقه موقعيت شكل 1 - لندست ماهواره 4 - MODIS 1 - MSE 2- ASTER 3- SEBS 1389 زمستان 13- شماره چهارم- سال 22 ایران آبخیزداری مهندسی و علوم

3 مطالعاتي منطقه از روزانه اطالعات تهيه از پس حاضر پژوهش در شد آبي سال از روز هر در مرجع تعرق و تبخير تعيين به اقدام پذيرفت] 10 [. صورت مانتيث پنمن فائو معادله کمک به کار اين اصالح ماه هر در فائو پيشنهادي ضریبهای از استفاده با سپس جهت شود] 6 [. نزديكتر منطقه كشاورزي و طبيعي شرايط به تا گرديد آلگوريتم يا 1 سبال از نيز منشاد حوزه در واقعي تعرق و تبخير تعيين اجراي براي است] 13 [. شده استفاده زمين براي سطحي انرژي توازن و صحرايي مشاهدات ماهوارهای تصاوير تلفيق به نياز الگوريتم اين 15 بر مشتمل زماني سري يک منظور بدين میباشد. اقليمي دادههاي منشاد حوزه آبي سال به مربوط موديس ماهوارهای تصوير الگوريتم از استفاده با روزانه واقعي تعرق و تبخير و گرديد تهيه از روز )15 بود شده گرفته آن تصاوير كه روزهايي در تنها سبال روزهاي ساير واقعي تعرق و تبخير تعيين جهت آمد. دست به سال( داراي روزهاي در مرجع تعرق و تبخير دادههاي از آبي سال دست )به واقعي تعرق و تبخير نسبت نقشه و شد استفاده تصوير مانتيث( پنمن )فائو مرجع تعرق و تبخير به سبال( الگوريتم از آمده پوشش تحت زماني بازه سپس آمد. دست به سال روز 15 تمامي در به مربوط مرجع تعرق و تبخير مقادير و تعيين تصاوير از يك هر دست به نسبت نقشه در و شده جمع يكديگر با بازه هر روزهاي تعرق و تبخير نقشه ترتيب بدين گرديد. ضرب تصوير هر براي آمده نيز آنها مجموع كه آمد دست به مختلف زماني بازههاي براي واقعي ميباشد آبي سال طول در واقعي تعرق و تبخير معرف به منشاد حوزه مرتعي و زراعي باغي گياهان آبي نياز ميزان سپس شد. مشخص آبي سال در تفكيك مرجع تعرق و تبخير تعيين گذارند تاثير تعرق و تبخير پديده روي بر كه متغيرهايي كلي طور به زمين سطحي فشار خورشيدي تابش باد سرعت بارندگي شامل همرفتي جریانهای ابرناكي ميزان آفتابي ساعات تعداد رطوبت دسترس در آب كيفيت گياه خاك خصوصيات زمين سطح پوشش اطالعات اين تهيه از پس حاضر پژوهش در [. ]3 ميشوند غيره و از روز هر در مرجع تعرق و تبخير تعيين به اقدام روزانه صورت به مانتيث پنمن فائو معادله کمک به کار اين شد آبي سال حوزه در کافي اطالعات و آمار فقدان دليل به پذيرفت] 10 [. صورت واقع مهريز سينوپتيک ايستگاه آمار از کار اين براي منشاد مطالعاتي بر تصحيحاتي انجام با و استفاده مطالعاتي منطقه کيلومتري 25 در نظر شد. واقع استفاده مورد نيز مطالعه مورد منطقه براي آنها روي رابطه منشاد حوزه براي بارش و دما عاملهای بودن دسترس در به رطوبت بارش )دما مهريز ايستگاه عاملهای كليه بين همبستگی ايستگاه همان در عامل دو اين با آفتابي( ساعات و باد سرعت نسبي نسبت و بررسي منشاد حوزه در مستقر ايستگاه دادههاي با همچنين و دادههاي تبديل جهت اصالحي ضريب عنوان به ايستگاه دو اين بين دليل به سپس شدند. گرفته نظر در منشاد ايستگاه به مهريز ايستگاه كمك به مذكور دادههاي هواشناسي دادههاي فرودگاهي ماهيت شرايط به تا گرديدند اصالح ماه هر در فائو پيشنهادي ضریبهای كه ضریبهای اين شوند] 6 [. نزديكتر منطقه كشاورزي و طبيعي دادههاي اصالح براي متفاوتند سال از ماه هر در و ايستگاه هر براي شهري محيطهاي در معموال كه سينوپتيك ايستگاههاي در شده ثبت شده ثبت اعداد و داشته كاربرد دارند قرار كشاورزي غير حواشي با (موديس) دور از سنجش هاي داده زميني مشاهدات اقليمي هاي داده مانتيث پنمن- فاي و رابطه SEBAL روزانه واقعي تعرق و تبخير مرجع تعرق و تبخير اراضي كاربري نقشه گياهي پوشش نقشه حوزه سالانه تعرق و تبخير نقشه باغي هاي بخش از يك هر آبي نياز مرتعي و زراعي تحقيق پژوهش انجام انجام مختلف مراحلمختلف مراحل به به مربوط نمودارمربوط شكل 2 -نمودار شکل استفاده با نهایت در مينمايند. نزديك مزرعه و طبيعي شرايط به را 1- Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 1389 زمستان 13- شماره چهارم- سال 23 ایران آبخیزداری مهندسی و علوم

4 از اين دادههاي اصالحي تبخير و تعرق مرجع روزانه ايستگاه منشاد به كمك رابطه فائو پنمن مانتيث به دست آمد. شكل كلي معادله پنمن-مانتيث به صورت زير است] 10 [. λeto= Δ(Rn-G)+ρCp(ea-ed)/ra )1( Δ+γ(1+rc/ ra ) كه در آن :λeto شار گرماي نهان تبخير بر حسب كيلوژول بر مترمربع بر ثانيه ] -1 S [KJM -2 [KJM -2 S -1 ] شار تشعشع خالص در سطح است :R n [KJM -2 S -1 ] شارگرماي خاك است :G ρ: وزن مخصوص اتمسفر بر حسب كيلوگرم بر مترمكعب است. :Cρ گرماي ويژه مرطوب بر حسب كيلوژول بر كيلوگرم است. [ KJg -1o C -1 ] e(: a كمبود فشار بخار آب بر حسب كيلو پاسكال است. -e d ( :rc مقاوت سايه انداز پوشش گياهي بر حسب ثانيه بر متر است. ra :مقاوت آئروديناميكي هوا بر حسب ثانيه بر متر است. [ KPa 0-1 Δ: شيب منحني فشار بخار است.[ λ: گرماي نهان تبخير بر حسب مگاژول بر كيلوگرم است [MKKg -1 ] [ KPa 0-1 γ: ثابت سايكرومتري است.[ تعيين تبخير و تعرق واقعي جهت تعيين تبخير و تعرق واقعي در حوزه منشاد از آلگوريتم سبال استفاده شده است. براي اجراي اين الگوريتم به تلفيق تصاوير ماهوارهای مشاهدات صحرايي و دادههاي اقليمي نیاز ميباشد. بدين منظور يک سري زماني مشتمل بر 15 تصوير ماهوارهای موديس مربوط به سال آبي حوزه منشاد تهيه گرديد و توسط سبال استفاده شد. همانطوري که قبال نيز اشاره گرديد به علت فقدان ايستگاه سينوپتيك در حوزه منشاد دادههاي ايستگاه سينوپتيك مهريز اخذ و سپس با منطقه مطالعاتي تطبيق داده و در مراحل مختلف سبال استفاده گرديد. معرفي الگوريتم سبال: سبال )آلگوريتم توازن انرژي سطحي براي زمين ) 1 مدلي مبتني بر پردازش تصوير بوده كه مشتمل بر بيست و پنج زيرمدل جهت محاسبه تبخير و تعرق )ET( به عنوان باقيمانده بيالن انرژي سطحي زمين است. اين مدل توسط باستين سن در كشور هلند معرفي و همچنين براي منطقه كوهستاني آيداهو 2 نيز با تكيه بر مقادير تبخير و تعرق اندازه گيري شده در سطح زمين توسعه یافته است. مدل سبال از اطالعات تصاوير رقومي اخذ شده توسط ماهواره لندست يا ساير سنجندههاي سنجش از دوري كه قادر به ثبت تشعشعات مادون قرمز حرارتي و همچنين تشعشعات مرئي 3 و نزديك مادون قرمز 4 ميباشند استفاده مينمايد. مقدار ET در هر پيكسل )به عنوان مثال هر متر مربع تصوير لندست TM و + )ETM براي لحظهاي خاص كه همان زمان اخذ تصوير ميباشد محاسبه ميگردد. فرايند محاسبه براساس توازن كامل انرژي استوار است كه در آن مقدار ET از كسر نمودن مقدار انرژي باقيمانده از معادله كالسيك بيالن انرژي به دست ميآيد. لذا مقدار ET برابر با تشعشع خالص منهاي گرماي وارده به خاك منهاي گرماي وارده به هوا خواهد شد. جزئيات بيشتر اين مدل توسط باستيانسن و همكارانش ]14[ ارایه شده است اما معادله كلي مورد استفاده در سبال به صورت زير است: LE=R n -H-G )2( كه در اين فرمول LE شار گرماي نهان بر حسب ( 2- )Wm R n تابش خالص است كه به راحتي قابل تبديل به ET ميباشد خورشيدي است ( -2 )Wm H شار گرماي محسوس ( -2 )Wm و G شار گرماي زمين يا خاك ( 2- )Wm میباشد. از اين فرمول اينچنين استنباط ميگردد كه تابشي كه از جو به سطح زمين ميرسد به سه قسمت مجزا ميشود. بخشي صرف گرم كردن زمين يا خاك شده بخش ديگري صرف گرم گردن هواي مجاور سطح زمين و بقيه مقدار انرژي باقيمانده منجر به تبخير و تعرق ميگردد. در واقع هدف سبال محاسبه شار گرماي نهان )LE( ميباشد كه همان ET واقعي محسوب ميگردد. الزم به ذكر است كه دقت واقعي نتايج حاصله براي LE )يا )ET متاثر از دقت باند با طول موج كوتاه و نيز باند ترمال ماهواره است. در معادله شماره 3 تشعشع خالص از معادله توازن انرژي سطحي زمين به صورت زير محاسبه ميشود: Rn=(1-α)Rs+(L in -L out ) )3( كه در آن α آلبيدوي سطحي Rs تابش خورشيدي ( 2- )Wm e L out تابش ورودي و خروجي L in و بازتابش سطح زمين )انتشار( به زمين به صورت امواج با طول موج بلند ميباشد) 2-.)Wm مقدار α با اختالط بازتابشهاي طيفي حاصله از شش باند با طول موج L out به L in و كوتاه در ماهواره لندست به دست ميآيد. همچنين عنوان تابعي از دماي سطحي در نظر گرفته ميشوند كه از تصوير ماهوارهای قابل استخراج است. مقدار e توسط شاخصهاي گياهي ايجاد شده از دو باند با طول موج كوتاه به دست ميآيد. مقادير پتانسيل R s براي هر پيكسل داراي شيب مشخص با استفاده از منحنيهاي تئوري آسمان صاف قابل تعيين ميباشند] 11 [. شار گرمايي خاك يا )Wm 2- ( G نيز به صورت تجربي و با استفاده از معادله باستيانسن و همكاران ]14[ قابل برآورد است كه اين معادله 3- Visible 4- Near Infra Red (NIR) 1- Surface Energy Balance Algorithm for Land 2- Idaho 24 سال چهارم- شماره 13- زمستان 1389

5 با گياهي شاخص يك و زمين سطحي دماي )α( آلبيدو اساس بر ميباشد: محاسبه قابل NDVI نام )4( G= [ Ts ( α α2)(1-0.98NDVI4)]R n α ميباشد. كلوين حسب بر زمين سطحي دماي T s معادله اين در كه نزديك قرمز مادون و قرمز باندهاي كمك به نيز NDVI 1 شاخص بود: خواهد زير صورت به آن فرمول كه ميشود حاصل NDVI= NIR-Red )5( NIR=Red دماي و باد سرعت از )Wm 2- ( H يا محسوس گرماي شار مقدار به منحصر دروني كاليبراسيون يك بكارگيري با و زمين سطحي )dt( مجاور هواي دماي و زمين سطح دماي اختالف از متشكل فرد همكارانش و باستيانسن فرمول توسط روش اين ميشود. حاصل : است] 14 [ محاسبه قابل airc p( a + bt. s ) )6( H = ρ r a h از تابعي كه است )kg/m 3 ( هوا چگالي ρ air معادله اين در كه )1004~ هوا ويژه گرماي ظرفيت C p میباشد. اتمسفريك فشار گرماست انتقال مقابل در آئروديناميكي مقاومت r ah )Jkg 1- K 1- است كلوين حسب بر زمين سطحي دماي نيز T s مقدار s(. m 1- ( محاسبه قابل تصوير هر براي كه بوده تجربي ضریبهای b و a و زمين سطح دماي اختالف بيانگر معادله در a+bt s جزء است. حرارت درجه محاسبه با كه میباشد )dt( آن مجاور هواي با سطح از متري 2 حدود ارتفاع و زمين سطح نزديك بين فاصله ديگر عبارتي به )يا دما اختالف از استفاده ميشود. حاصل زمين سطحي دماي بين عددي اختالف بواسطه كه را مشكالتي گراديان( مينمايد. برطرف را ميآيد وجود به راديومتريك و آئروديناميك در 2 نهايي حد پيكسل دو انتخاب نيازمند b و a ضریبهای تعريف مقادير معروفند گرم و سرد پيكسلهاي به كه میباشد تصوير يك به ميتوانند پيكسل دو اين از يك هر در H مقدار داشتن با dt آقاي به مربوط سبال متداول مدل در شوند. محاسبه 3 برگشتي صورت كه سطحي آب با منطقه يك از را T s مقدار اپراتور باستيانسن] 13 [ مينمايد. انتخاب میشود شناخته سبال مدل سرد پيكسل عنوان به انتخاب لخت خاك سطح معموال )كه نيز خشك يا گرم پيكسل يك صفر سرد پيكسل محسوس گرماي مقدار ميگردد. انتخاب ميشود( b و a ضریبهای ميشود. فرض R n G- با برابر گرم پيكسل و درونيابي يك از استفاده با و تصوير هر براي 6 معادله در موجود از يك هر در T s مقدار براساس كه ]15[ ميشوند واسنجی خطي شدن روشن منظور به ميگيرد. صورت گرم و سرد پيكسل دو اين كاربردي موارد از يكي ذكر به نهايي حد پيكسلهاي بكارگيري نحوه سبال كارگيري به در ميپردازيم. آيداهو منطقه در سبال آلگوريتم مرجع سطح به كه كامل پوشش با مزرعه يك آيداهو منطقه در و گرديد انتخاب سرد پيكسل عنوان به بود شده تشبيه يونجه گياه يا يونجه مرجع گياه ET مقدار همان پيكسل اين براي ET مقدار به محلي هواشناسي دادههاي كمك به ET r مقدار شد. فرض ET r به آيداهو پروژه در سرد پيكسل محسوس گرماي بنابراين آمد. دست پيكسل هر براي LE آن در كه گرديد محاسبه R n -G-LE صورت در H مقدار آيداهو پروژه در شد. داده قرار پيكسل آن ET r با برابر بارندگيهاي وقوع بواسطه كه تبخيري از مقدار هر براي گرم پيكسل بيالن مدل حل توسط مقدار اين گرديد. تصحيح مانده باقي اخير است شده ارایه ]10[ فائو گزارش توسط كه سطحي اليه آب روزانه ميباشد. تعيين قابل توسط تصوير اخذ زمان در )LE( نهان گرماي شار كه آنجايي از در نيز )EF( تبخير جز عنوان با مقداري است برآورد قابل 1 معادله شد: خواهد محاسبه قابل زير صورت به سبال متداول مدل EF= LE )7( R n -G تبخير از جزئي EF مقدار جاي به آيداهو پروژه سبال مدل در اما ET بين نسبت بيانگر كه )ET r F عبارتي به )يا مرجع گياه تعرق و تعريف آمريكا عمران مهندسي انجمن توسط كه ET r به پيكسل هر كه مقدار اين است. گرفته قرار كارگيري به و محاسبه مورد شده خواهد زير صورت به ميگردد محسوب K c يا گياهي ضريب همان بود: ET r F= K c = ET ET r )8( آمار توسط كه است يونجه مرجع گياه تعرق و تبخير همان ET r كه ASCE توسط شده استاندارد پنمن-مونتيث روش به و هواشناسي انجام پژوهش نتايج به توجه با است. شده محاسبه ساعتي صورت به و روزانه مقادير بين رابطه كه گرديد مشخص آيداهو منطقه در شده جاي به ميتوان و بوده باال بسيار مرجع گياه تبخيري جزء ساعتي اين وجود كرد. استفاده نيز ارقام اين روزانه مقادير از ساعتي مقادير شاتل چون افرادي توسط ساعته 24 و اي لحظه ET بين مشابهتها تعيين جهت است. شده مشاهده ]16[ كراگو همكاران] 19 [ و ورث ET r F خطي درونيابي از ابتدا ET و ET r F فصلي و ماهانه مقادير ميگيرد صورت برآورد و استفاده تصوير دو زمان بين دورههاي براي است ذكر به الزم ميشود. محاسبه آنها فصلي يا ماهانه مقدار سپس و دقت بر منطبق ET و ET r F شده محاسبه مقادير مكاني دقت كه ميباشد. مدل در استفاده مورد ماهوارهای تصاوير مكاني گرديد استفاده موديس تصاوير زماني سري يک از پژوهش اين در تمامي که است شده سعي است. مختلف تصوير 15 بر مشتمل که تا نبوده گير برف و ابري که گردند انتخاب روزهايي از تصاوير اين اين در كه روزهايي اسامي نشود. ايجاد آنها تصوير وضوح در خللي 1- Normalized Difference Vegetation Index 2- Extreme 3- Backward 1389 زمستان 13- شماره چهارم- سال 25 ایران آبخیزداری مهندسی و علوم

6 پژوهش از تصاوير ماهوارهای استفاده شده است در جدول )1( آمده است. الزم به ذكر است که پردازش تصاوير موديس و تمام كارهاي مربوط به آن در نرم افزار الويس انجام شده است. برآورد تبخير و تعرق واقعي ساالنه در حوزه منشاد تبخير و تعرق واقعي روزانه با استفاده از الگوريتم سبال تنها در روزهايي كه تصاوير آن گرفته شده بود به دست آمد. )15 روز از سال(. جهت تعيين تبخير و تعرق واقعي ساير روزهاي سال آبي از دادههاي تبخير و تعرق مرجع در روزهاي داراي تصوير استفاده شد و نقشه نسبت تبخير و تعرق واقعي )به دست آمده از الگوريتم سبال( به تبخير و تعرق مرجع )فائو پنمن مانتيث( در تمامي 15 روز سال به دست آمد. سپس بازه زماني تحت پوشش هر يك از تصاوير تعيين گرديد. طول بازه زماني هر تصوير وابسته به فاصله زماني سه تصوير متناوب از هم است به طوري كه هر چه تصاوير نزديكتر باشند طول بازه زماني كه هر تصوير پوشش خواهد داد نيز كوچكتر خواهد بود. به عنوان مثال چنانچه سه تصوير متناوب در تاريخهاي 10 7 و 26 تيرماه موجود باشند تصوير مياني )يعني تصوير 10 تيرماه( بازه زماني 9 تا 18 تيرماه را پوشش خواهد داد. بديهي است كه روز 8 تيرماه و ماقبل به تصوير اول )يعني تصوير روز 8 تيرماه( نزديكتر بوده و لذا به بازه زماني آن تصوير تعلق خواهد داشت. همين طور روز 19 تيرماه و مابعد به تصوير سوم )يعني تصوير 26 تيرماه( نزديكتر بوده و متعلق به بازه زماني آن تصوير خواهد بود. با تعيين بازههاي زماني هر تصوير مقادير تبخير و تعرق مرجع مربوط به روزهاي هر بازه با يكديگر جمع شده و در نقشه نسبت به دست آمده براي هر تصوير ضرب گرديد. بدين ترتيب نقشه تبخير و تعرق واقعي براي بازههاي زماني مختلف به دست آمد كه مجموع آنها نيز معرف تبخير و تعرق واقعي در طول سال آبي میباشد. روابط رياضي زير فرايند تعيين تبخير و تعرق واقعي در طول سال به كمك دادههاي تبخير و تعرق روزانه را نشان ميدهند. l ETai ETperiod i = ETo j ETo )9( i j= k ETannual = ETperiod i )10( كه اجزاي اين روابط به صورت زير تعريف ميشوند: :ET ai تبخير و تعرق واقعي به دست آمده از تصاوير در همان روز اخذ تصوير )روز i ام سال( بر حسب ميليمتر :ET oi تبخير و تعرق مرجع به دست آمده از رابطه فائو پنمن مانتيث در روز i ام سال بر حسب ميليمتر :ET oj تبخير و تعرق مرجع مربوط به روزهايي كه در بازه زماني تصوير i قرار ميگيرند و از روز k ام سال تا l ام سال تغيير مينمايند و تعداد آنها j روز است. :ET annual تبخير و تعرق واقعي ساالنه )بر حسب ميليمتر( كه از مجموع تبخير و تعرق واقعي بازههاي زماني هر تصوير ( periodi )ET به دست ميآيد. نتايج و بحث قبل از پرداختن به تبخير و تعرق واقعي حوزه به تبخير و تعرق مرجع در روزهاي مختلف سال آبي اشاره ميشود. شكل شماره 3 تغييرات زماني تبخير و تعرق مرجع در حوزه منشاد را نشان ميدهد. همان طور كه مشاهده ميشود تبخير و تعرق پتانسيل روزانه در تابستان با 5/7 ميليمتر باالترين و در زمستان با مقدار 0/8 ميليمتر پایينترين مقادير اين نمودار ميباشند. جدول 1 - مشخصات تصاوير ماهوارهای استفاده شده در پژوهش رديف تاريخ نوع شماره باندهاي مورد استفاده رديف تاريخ نوع شماره باندهاي مورد استفاده موديس موديس 13 ارديبهشت مهر تير مهر تير آبان تير آذر مرداد دي مرداد دي شهريور بهمن تير 1381 لندست 4 7 و اسفند سال چهارم- شماره 13- زمستان 1389

7 شكل 3 - تغييرات تبخير و تعرق مرجع روزانه حوزه منشاد در سال آبي با اجراي آلگوريتم سبال تبخير و تعرق واقعي حوزه منشاد در 15 روز از سال كه داراي تصوير بود به دست آمد. به عنوان نمونه نقشه روز هفتم تير ماه سال 1386 در شكل )4( آمده است. جهت مقايسه اين نقشه با کاربریهای مختلف در حوزه نقشه تركيب رنگي حوزه مطالعاتي نيز در همين شكل آورده شده است. مقايسه دو نقشه )الف( و )ب( در روز هفتم تيرماه 1386 نشان ميدهد كه قسمتهای پوشيده از گياهان طبيعي و مناطق كشاورزي حوزه )قسمتهای مياني حوزه( تبخير و تعرق بيشتري نسبت به نقاط فاقد پوشش و صخرهاي )قسمتهای حاشيهاي حوزه( دارند كه امري طبيعي و قابل انتظار است. متوسط تبخير و تعرق كل حوزه در اين روز 3/9 ميليمتر میباشد. يكي از نكات غير عادي در مورد تبخير و تعرق در برخي از روزهاي سال به مناطق سايهانداز حوزه )مناطق صخرهاي واقع در حاشيه شرقي جنوبي و غربي حوزه( مربوط است. با توجه به اينكه در اين مناطق بدليل صخرهاي بودن هيچ گونه پوشش گياهي نيز ديده نميشود لذا انتظار ميرود كه تبخير و تعرق واقعي صورت گرفته از اين نواحي بسيار ناچيز باشد. اين در حالي است كه در برخي از اين صخرهها مقادير تبخير و تعرق بسيار زيادتري نسبت به آنچه كه انتظار است به دست آمده است. به عنوان مثال تبخير و تعرق واقعي در روز 13 ارديبهشت 1386 بين صفر تا 6/6 ميليمتر به دست آمده است. كمترين اين ميزان به قسمتهای صخرهاي غرب و جنوب حوزه متعلق است كه بدون پوشش طبيعي نيز هستند كه امري طبيعي است. در بخش داراي پوشش گياهي و )ب( )الف( شكل 4- )الف( نقشه تبخير و تعرق واقعي حوزه منشاد در روز هفتم تيرماه 1386 كه توسط آلگوريتم سبال محاسبه شده است. متوسط تبخير و تعرق كل حوزه در اين روز 3/9 ميليمتر است. )ب( نقشه تركيب رنگي حوزه جهت مقايسه و تطابق با نقشه تبخير و تعرق 27 سال چهارم- شماره 13- زمستان 1389

8 واقعي تعرق و تبخير نيز مركزي( )نواحي حوزه كشاورزي فعاليتهاي مشاهده تعجب نهايت در اما ميباشد. روز اين در ميليمتر 4 تا بين 3 ديوارههاي قسمت در روز اين در تعرق و تبخير بيشترين كه ميشود مناطق اين است. داده رخ حوزه شرق در واقع صخرههاي و عمودي آمده دست به اعداد لذا هستند گياهي پوشش گونه هر فاقد عمال باعث مناطق اين حقيقت در باشد. واقعي نميتواند ناحيه اين براي طوري به شدهاند نيز حوزه كل تعرق و تبخير برآورد در خطا ايجاد اختصاص خود به را روز اين در ميليمتر 6/6 حدود تبخيري كه البته بردهاند. باال غلط به را حوزه تعرق و تبخير ميانگين و داده كه طوري به شده تكرار نيز 1386 مهر 10 روز در وضعيت اين به میباشد روز اين در ميليمتر 5/3 كه حوزه تعرق و تبخير بيشترين روز اين در است. يافته اختصاص حوزه شرق در عمودي ديوارههاي منطقي حوزه نقاط ساير در تعرق و تبخير شده ذكر خطاي از غير به بين تعرق و تبخير پوششدار قسمتهای در كه چرا رسد مي نظر به نزديك و مقدار كمترين صخرهاي قسمتهای در و ميليمتر 4 تا 2 نهايي نقشه به خطا نوع اين براي تصحيحات انجام میباشد. صفر به نقشههاي تهيه از پس لذا گرديد. موكول حوزه ساالنه تعرق و تبخير تبخير تجمعي نقشههاي نقشه( )15 روزانه تعرق و تبخير به مربوط آنها همه تجميع با و ترسيم مختلف زماني دورههاي براي تعرق و آمد. دست به آبي سال در حوزه ساالنه تعرق و تبخير نقشه ساير از مناطق اين ابتدا انداز سايه صخرههاي خطاي تصحيح جهت با نيز ديگري صخرهاي مناطق اينكه به نظر شدند. تفكيك حوزه نقاط در تعرق و تبخير و پوشش وضعيت نظر از مشابه كامال خصوصيات مناطق صخرههاي )مانند نميكنند سايهاندازي كه دارند وجود حوزه مقدار همين و تعيين آنها در تعرق و تبخير ميانگين لذا حوزه( شرقي گرديد. منظور نيز حوزه انداز سايه نواحي تعرق و تبخير عنوان به 86- آبي سال در منشاد حوزه ساالنه تعرق و تبخير نقشه )5( شكل دهد. مي نشان را 85 میشود مشاهده ساالنه تعرق و تبخير نقشه در كه طور همان از دارد وجود گياهي پوشش كه قسمتهايي در تعرق و تبخير نيز حوزه خروجي قسمت در میباشد. بيشتر صخرهاي قسمتهاي نه آن علت كه میشود مشاهده تعرق و تبخير مقادير بيشترين تقريبا هم به محل بلكه است بخشها اين در گياهي پوشش بودن دارا تنها شاخه قرارگيري و منطقه اين در حوزه بخشهاي ساير آب پيوستن تا شده باعث نكته دو اين هست. نيز منشاد فصلي رودخانه اصلي تعرق و تبخير نتيجه در و بوده بيشتر دست پايين در آب فراهمي نقشه به توجه با پذيرد. صورت حوزه نقاط ساير به نسبت بيشتري تبخير حداقل و حداكثر 5( )شكل منشاد ساالنه واقعي تعرق و تبخير ميانگين و ميليمتر و ترتيب به منشاد حوزه ساالنه تعرق و مذكور سال طول در ميليمتر 540 مطالعاتي حوزه تعرق و تبخير تعيين به اقدام واقعي تعرق و تبخير نقشه تهيه از پس میباشد. در اراضي مختلف کاربریهای از يك هر در تعرق و تبخير متوسط از عبارتاند منطقه در كاربري عمده نوع سه گرديد. منشاد حوزه رد صخرهها. محدوده و دامنهها مرتعي پوششهاي مزارع و درختان روي بر آنها از يك هر ساالنه متوسط تعرق و تبخير مقدار )6( شكل است. شده آورده نمودار در واقعي تعرق و تبخير كه است مشخص )6( شكل به توجه با بخشهاي ساير در تعرق و تبخير از بيش باغات و كشاورزي بخش آبي سال در ميليمتر 780 بخش اين واقعي تعرق و تبخير است. حوزه و خودرو گياهان شامل دامنهاي پوششهاي سپس ميباشد نهايت در و دارند تعرق و تبخير سال در ميليمتر 300 كه است مرتعي واقعي تعرق و تبخير ميليمتر 190 با صخرهاي و كوهستاني بخشهاي اراضي عمده كاربريهاي در را تعرق و تبخير ميزان كمترين سال در اين نتايج صحت بررسي منظور به دادهاند. اختصاص خود به حوزه باغي گياهان آبي نياز به مربوط شده ارایه ارقام و آمار به بخش درختاني ساالنه آبي نياز بهاينکه نظر شد. مراجعه حوزه در موجود است. ده (mm) سالانه واقعي تعرق و تبخير مزارع و درختان اي دامنه هاي پوشش ها صخره آبي سال در منشاد حوزه ساالنه تعرق و تبخير نقشه 5- شكل اراضي كاربري هر براي هر براي آمده آمده دست بدست به واقعي واقعي تعرق تعرق و تبخير و تبخير متوسط متوسط -6-6 شكل شكل منشاد حوزه در آبي سال طول در اراضي كاربري 1389 زمستان 13- شماره چهارم- سال 28 ایران آبخیزداری مهندسی و علوم

9 1100 تا 800 بين مطالعه مورد منطقه در زردآلو و بادام گردو نظير جو و گندم نظير زراعي پوششهاي همچنين و است متغير ميليمتر [ داشت] 5 خواهند تعرق و تبخير سال در ميليمتر 700 تا 600 بين مزارع و باغات واقعي تعرق و تبخير براي آمده دست به متوسط لذا واقعي تعرق و تبخير از تصوري اينکه بدليل ميرسد. نظر به منطقي و صخرهاي پوششهاي همچنين و مطالعاتي منطقه مرتعي گياهان شده اظهار اعداد صحت مورد در نميتوان ندارد وجود سنگي توده تعرق و تبخير صحت اثبات به توجه با ليکن داد. نظر نمودار اين در پوششهاي تعرق و تبخير به مربوط اعداد به ميتوان مزارع و باغات کرد. اعتماد حدي تا نيز صخرهها نيز و دامنهاي گيري نتيجه براي واقعي تعرق و تبخير ميزان حاضر پژوهش نتايج براساس تكنيك و سبال الگوريتم كمك به منشاد حوزه در مختلف كاربريهاي قبال كه همانطور شد. برآرود ميليمتر 1174 تا 27 بين دور از سنجش باغات کاربری به مربوط تعرق و تبخير ميزان بيشترين شد بيان نيز از استفاده با كه دريافت ميتوان پژوهش اين نتايج از بود. مزراع و نتيجتا و واقعي تعرق و تبخير ميتوان انرژي)سبال( توازن الگوريتم مختلف شرايط در مرتعي حتي و زراعي و باغي گياهان آبي نياز و نمود محاسبه وسيعي سطوح در را تنش( بدون يا تنش )تحت دادن نشان ضمن حاصل نتايج داد. ارایه را آنها تعرق و تبخير نقشه مختلف کاربریهای از گرفته صورت تعرق و تبخير مكاني تغييرات از مشخص حجم تخصيص و آب منابع مديريت نحوه به اراضي مديريت در ميتواند كه مينمايد اشاره كاربري هر به حوزه آب اگرچه باشد. داشته اساسي نقشي مطالعاتي حوزه در آب منابع بهينه تعرق و تبخير )ايستگاهي( نقطهاي محاسبه در متداول روشهاي ولي ميسازد فراهم را كاربري هر تعرق و تبخير محاسبه امكان )به منطقه يك در تعرق و تبخير پهنهبندي و مكاني پراكنش از آگاهي كه ميآورد فراهم نيز را آب مكاني مديريت امكان نقشه( صورت منطقه هر به آب بهينه تخصيص و صرفهجويي جهت در گامي خود بود. خواهد آبخيز حوزه يك از منابع تعرق و تبخير برآورد ح. نژاد ثنايي و ح. زاده اصغر 1- اطالعات سامانه و دور از سنجش دادههاي از استفاده با گياهان ملي همايش کرمانشاه کنشت تنگ آبخيز حوزه در جغرافيايي زهکشي و آبياري شبکههاي مديريت مختاري و س.ع.م. چراغي م.ت. دستوراني س. پورمحمدي 2- مناطق حوزههاي در آبي بيالن اجزاء برآورد و ارزيابي م.ح. جغرافيايي اطالعات سامانه و دور از سنجش كارگيري به با خشك ارشد كارشناسي پايانامه يزد( منشاد آبخيز حوزه موردي: )مطالعه يزد دانشگاه مورد آب تامين م.ح. رحيميان و س. پورمحمدي 3- استفاده با كشاورزي و طبيعي اكوسامانههاي تعادل حفظ جهت نياز مقاالت مجموعه آزادگان( دشت موردي )مطالعه سبال الگوريتم از چهارمين و آبخيزداري مهندسي و علوم مل ي همايش ششمين دانشکده آبخيزداري مهندسي گروه رسوب و فرسايش مل ي همايش مدر س تربيت دانشگاه دريايي علوم و طبيعي منابع ج. پرهمت م.ح. مهديان ب. ثقفيان پ. دانشكارآراسته 4- از سنجش از استفاده چگونگي بررسي ا. داري سررشته و اي منطقه صورت به تعرق تبخير مكاني توزيع و برآورد براي دور پژوهشهایی طرح نهايي گزارش سيستان( دشت در موردي )مطالعه ص 112 و زراعي محصوالت آبياري خالص نياز ا. عليزاده 5- مصرف الگوي بهينهسازي پروژه )NETWAT( ايران باغي جهاد وزارت و كشور هواشناسي سازمان ايران كشاورزي آب كشاورزي. ايران در گياهان آبي نياز غ.ع كمالي و ا. عليزاده ص. رضا امام دانشگاه اهميت بررسي س. پورمحمدي و ح. ملكينژاد 7- همگن مناطق تعيين و تبخير فرآيند بر مؤثر هواشناختي عوامل نسبي کنفرانس ايران بياباني و خشك مناطق از برخي در آن به وابسته تبريز دانشگاه آب منابع و نظري جهات معرفي زهكشي. و آبياري ملي كميته 8- شماره 76/16 نياز مورد آب كار گروه مانتيث پنمن روش كاربردي 168 ص غ.ع. کمالي و پ. ضيائيان ح. خاوريان م.ر. مباشري 9- و تصاويرMODIS از استفاده با واقعي تعرق و تبخير برآورد ژئوماتيک ملي همايش سبال الگوريتم 10- Allen, R.B., Pereira, L.S., Raes, D. and Smith, M.S Crop evapotranspiration (guidelines for computing crop water requirements). FAO irrigation and drainage paper pp. 11- Allen, R. G. and Wright, J. L Translating wind measurements from weather stations to agricultural crops. J. Hydrologic Eng., 2(1). 12- Allen, R. G. Morse A. and Tasumi, M Application of SEBAL for western US rights regulation and planning. ICID workshop on remote sensing of ET for large regions. 13- Bastiaanssen, W.G SEBAl-based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz basin.turkey. J. Hydrology(229): Bastiaanssen, W.G., Menenti, M, Feddes, R. and Holtslag, A A remote sensing surface 1389 زمستان 13- شماره چهارم- سال 29 ایران آبخیزداری مهندسی و علوم

10 R Evaluation of satellite evapotranspiration estimates using ground- meteorological data available for the Flumen District into the Ebro Valley of N.E. Spain. Agricultural water management AGWAT-2701; P Shuttleworth, W.J., Gurney, R.J., Hsu, A.Y. and Ormsby, J.P The variation in energy portioning at surface flux sites, remote sensing and large scale global processes. Proc., Red Book 186, International Association of Hydrological Sciences (IAHS), Delft, The Netherlands, Tasumi, M. Trezza, R., Allen, R.G. and Wright, J.L US validation tests on the SEBAL model for evapotranspiration via satellite, ICID workshop on remote sensing of ET for large regions. energy balance algorithm for land (SEBAL): 1. formulation. J. Hydrology P Bastiaanssen, W.G.M., Ahmad, M.D. and Chemin, Y Satellite surveillance of evaporative depletion across the Indus Basin. Water resources research Vol. 38 No. 12, Crago, R. D Comparison of the evaporative fraction and the Priestley-Taylor for parameterizing daytime evaporation. Water Reso. Res., 32(5), Koloskov, G., Mukhamejanove, Kh. and Tanton, T.W Monin Obukhov Length as a Cornerstone of the SEBAL Calculations of Evapotranspiration. Journal of Hydlology 335, Ramosa, J.G., Cratchley, C.R., Kay, J.A., Casterad, M.A., MartınezCob, A. and Domınguez, 30 سال چهارم- شماره 13- زمستان 1389