ارزیابی هیجده مدل تبخیر و تعرق مرجع در شرایط آب و هوایی دشت اردبیل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

سابقه و هدف: تبخیر و تعرق یکی از عوامل مهمی است که دانستن مقدار دقیق آن، برای تعیین نیاز آبی و طراحی سامانه‏های آبیاری ضروری می‎باشد. یکی از راه‎های تعیین تبخیر و تعرق استفاده از مدل‎های تجربی است، اما برای استفاده در هر منطقه باید ابتدا آن‎ها را مورد ارزیابی قرار داد. برای این منظور در این تحقیق 18 مدل برآورد تبخیر و تعرق در مقایسه با نتایج لایسی‌مترهای زهکش‎دار و مدلپنمن- مونتیث فائو (FAO56) مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روش‎ها: تحقیق حاضر درایستگاه تحقیقاتی هانگار دانشگاه محقق اردبیلی و در شهر اردبیل انجام شد. جهت این کار گیاه چمن در سه لایسی‌متر و در اطراف لایسی‌مترها کشت گردید. مقدار تبخیر و تعرق چمن توسط لایسی‌مترهای حجمی بر اساس اندازه‎گیری اجزای بیلان آب (حجم آب ورودی، حجم آب خروجی، ذخیره رطوبت و تبخیر و تعرق )، برآورد گردید. برای برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل تعداد 18 مدل شامل انواع مدل‎ها اعم از دمایی، تشعشعی و ترکیبی انتخاب شد. از ایستگاه هواشناسی سینوپتیک اردبیل برای تهیه اطلاعات مورد نیاز برای مدل‎ها استفاده شد. علاوه بر نتایج مربوط به لایسی‌مترها، تبخیر و تعرق به‎دست آمده از مدل پنمن- مانتیث فائو نیز به عنوان مرجع مقایسه کارآیی مد‎ل‎ها مورد استفاده قرار گرفت. کارآیی مدل‎های برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از شاخص‌های آماری، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE)، درصد خطای تخمین (PE)، نسبت میانگین (MR) و ضریب همبستگی اسپیرمن مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‎ها: نتایج نشان داد که برای همه‎ی مدل‎ها، پراکندگی نقاط اطراف خط یک به یک زیاد است، یا هم‎خوانی جواب آن‎ها با نتایج جواب لایسی‌متری خیلی مناسب نیست. از طرفی برخی از این مدل‎ها بیش‎برآورد و برخی از آن‎ها با کم‎برآوردی تبخیرو تعرق را محاسبه می‎کنند.بااستفاده از شاخص‎های آماری می‎توان گفت که در مقایسه با نتایج لایسی‌متری، در محل تحقیق مناسب‎ترین مدل‎ها، به ترتیب بلانی کریدل، راوازانی و همکارانو مدل Rn و ضعیف‎ترین مدل‎ها به ترتیب ایرماک و مدل‎های والیانتزاس می‎باشد.به صورت کلی تناسب نتایج مدل‎ها نسبت به نتایج مدل پنمن مانتیث فائو در مقایسه با نتایج آن‎ها نسبت به نتایج لایسی‌متری، قابل قبول‎تر بود. همچنین با توجه به محک‎های آماری در محل تحقیق نسبت به مدل پنمن- مانتیث فائو، مناسب‎ترین مدل‏ها به ترتیبتورک ، برتی و همکاران و تراجوکویچ و ضعیف‎ترین مدل‎‎ها،‎ هارگریوز- سامانی اصلاح شده،‎ ایرماک و اسکاندل تعیین گردید.
نتیجه‎گیری: با عنایت به این‎که مرجع مقایسه در دو ارزیابی(لایسی‌متر و مدل پنمن- مانتیث فائو) یکسان نبود در مشخص شدن ضعیف‎ترین مدل‎ها در محل تحقیق، هم‎خوانی وجود داشت. به عبارت دیگر در هر دو روش به اتفاق، مدل‎های ایرماک و مدل‎های والیانتزاس ضعیف‎ترین نتایج را داشتند. به طور کلی در جمع‎بندی هر دو روش مقایسه، مناسب‎ترین مدل‎ها را با قاطعیت نمی‎توان معرفی نمود، اما ضعیف‎ترین مدل‎ها مشخص گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Eighteen Reference Evapotranspiration Models under the Ardabil Climate Condition

نویسندگان [English]

  • Majid Raoof 1
  • Javanshir Azizi Mobaser 2

1 Assoc. Prof., Water Engineering Dept., university of Mohaghegh Ardabili

2 University of Mohaghegh Ardabili

چکیده [English]

Background and Objectives: Evapotranspiration is one of the important factors that knowing the exact amount, for determining water requirements and irrigation system design is essential. One way to determine evapotranspiration using experimental models, but to use them in every place must first be evaluated. For this purpose, the study compared the results of 18 models evapotranspiration with drainage Lysimeters and the Penman-Monteith (FAO56) was evaluated.
Materials and Methods: Thisstudy was conducted in Hangar research station of theUniversity of Mohagheghe Ardabili, Ardabil. For this purpose grass were planted in 3 lysimeters and around the lysimeters. Grassevapotranspiration measured by volumetric lysimeters based on water balance equation components (input and output water volume, save moisture and evapotranspiration), was estimated.To estimate reference evapotranspiration 18 models, including models such as temperature, radiation, and the combination was chosen. The meteorological synoptic station of Ardabil was used to prepare the information needed to model. Besides the results of lysimeters, evapotranspiration obtained by the FAO Penman-Monteith model also was used as a reference for comparing the performance model. Evapotranspiration estimation models using statistical indices, root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), the estimated margin of error (PE), theratio (MR)and spearman’s rho coefficient is calculated as follows to cross they were evaluated.
Results: The results showed that for all models, high dispersion of points around the line one to one, or answer them consistent with the results of lysimeters answer is not good. Moreover, some of these models overestimated and underestimated some of them to calculate evapotranspiration. Using statistical indicators may be compared with the results of lysimeters, at the most proper research models, respectively Blaney Cradle, Ravazzani and the Rn and the weakest models respectively Irmak and Valiantzas. Overall fit the model results against the results of the FAO Penman-Monteith model compared to its results compared to the results of lysimeters, was more suitable. Also according to the statistical criteria in this study, the FAO Penman-Monteith model, the most appropriate models were Turk, Berti and the Trajkovic, and the weakest models, modified Hargreaves-Samani, Irmak and Scandal were determined.
Conclusion: In both assessments methods (lysimeters and FAO Penman-Monteith model) were not the same in determining our study was the weakest model in place. That is, both methods together, Irmak models (2003) and models Valiantzas (2013) had the weakest results. In other words, although the sum of the two methods compares the most appropriate models cannot be identified with certainty, but the weakest model was determined.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Evapotranspiration
  • Drainage Lysimeter
  • Evaluation
  • FAO Penman-Monteith Model
: 1.Abedi-Koupai, J., Musavi, S.F., Rahmani, M., and Khazaei, M. 2013. Effect of wood, sand and
chips mulches on Evapotranspiration using ZFP model. J. Irrig. Sci. Engin. 37: 1. 119-131.
(In Persian)
2.Bakhtiari, B., Ghahreman, N., Liaghat, A.M., and Hoogenboom, G. 2011. Evaluation of
Reference Evapotranspiration Models for a Semiarid Environment Using Lysimeter
Measurements. J. Agric. Sci. Technol. 13: 223-237.
3.Berti, A., Tardivo, G., Chiaudani, A., Rech, F., and Borin, M. 2014. Assessing reference
Evapotranspiration by the Hargreaves method in north-eastern Italy. Agric. Water Manage.
140: 20-25.
4.Djaman, K.B., Balde, A., Sow, A., Muller, B., Irmak, S.K., N’Diaye, M., Manneh, B.D.,
Moukoumbi, Y., Futakuchi, K., and Saito, K. 2015. Evaluation of sixteen reference
Evapotranspiration methods under sahelian conditions in the Senegal River Valley.
J. Hydrol. Region. Stud. 3: 139-159.
5.Ghamarnia, H., Rezvani, S.V., and Fathi, P. 2013. Evaluation and calibration of
Evapotranspiration models according to calculating periods for a cold semi-arid climate.
Water and irrigation management. 25: 2. 25-37. (In Persian)
6.Heydari, M.M., Noushabadi, R.N., Vahedi, M., Abbasi, A., and Heydari, M. 2013.
Comparison of Evapotranspiration models for estimating reference Evapotranspiration in
arid environment. Middle-East J. Sci. Res. 15: 1331-1337.
7.Hozhabr, H., Moazed, H., and Shokri Khoochak, S. 2015. Estimation of reference
Evapotranspiration (ETo) using empirical models, Artificial Neural Network modelling and
their comparison with Lysimeter data in Urmia Kahrizi Station. Scientific-research quarterly
of irrigation engineering and water. 4: 15. 13-25. (In Persian)
8.Irmak, S., Irmak, A., Allen, R.G., and Jones, J.W. 2003. Solar and net radiation-based
equations to estimate reference Evapotranspiration in humid climates. J. Irrig. Drain. Eng.
ASCE. 129: 5. 336-347.
9.Khoshhal, J., Zare Abyane, H., Joshani, A.R., and Khazaei, M. 2015. Evaluation of potential
Evapotranspiration methods using FAO pan method in east and southeast the Keshvar
watershed. Quarterly of Natural Geographical. 8: 28. 1-16. (In Persian)
10.Li, S., Kang, S., Zhang, L., Zhang, J., Du, T., and Ding, R. 2016. Evaluation of six potential
Evapotranspiration models for estimating crop potential and actual Evapotranspiration in
arid regions, J. Hydrol. 543: 450-461.
11.Liu, X., Xu, C., Zhong, X., Li, Y., Yuan, X., and Cao, J. 2017. Comparison of 16 models for
reference crop Evapotranspiration against weighing Lysimeter measurement. J. Agric. Water
Manage. 184: 145-155.
12.Mohammadi, H., Azizi, Gh., Khoshakhlagh, F., and Khazaei, M. 2016. Estimation of the
summer Cane Evapotranspiration using climate data. Scientific-research quarterly of
Geographical data. 25: 99. 141-153. (In Persian)
13.Muniandy, J., Yusop, Z., and Askari, M. 2016. Evaluation of reference Evapotranspiration
models and determination of crop coefficient for Momordica charantia and Capsicum annuum. J. Agric. Water Manage. 169: 77-89.
14.Musavi-Baygi, M., Erfanian, M., Sarmad, M., and Khazaei, M. 2009. Estimation of reference
crop Evapotranspiration using the least meteorological data (Case study: Khorasan Razavi
province). J. Water Soil. 23: 1. 91-99. (In Persian)
15.Niaghi, A.R., Majnooni-Heris, A., Haghi, and D.Z., Mahtabi, G. 2013. Evaluate several
potential Evapotranspiration methods for regional Use in Tabriz, Iran. J. Appl. Environ. Biol.
3: 31-41.
16.Omidvar, J., Davari, K., Arshad, S., Musavi-Baygi, M., Akbari, M., and Faridhosseini, A.
2013. Estimation of Evapotranspiration actual using sensor Aster and model metric.
Scientific-research quarterly of irrigation engineering and water. 3: 9. 38-49. (In Persian)
17.Oudin, L., Hervieu, F., Michel, C., Perrin, C., Andréassian, V., Anctil, F., and Loumagne, C.
2005. Which potential Evapotranspiration input lumped rainfall simple efficient
Evapotranspiration model for rainfall–runoff modelling. J. Hydrol. 303: 290-306.
18.Rahimikhoob, A., Behbahani, M.R., and Fakheri, J. 2012. An evaluation of four
reference Evapotranspiration models in a subtropical climate. Water Resource
Management. 26: 2867-2881.
19.Raziei, T., and S. Pereira, L. 2013. Estimation of ETo with Hargreaves–Samani and FAO-PM
temperature methods for a wide range of climates in Iran. Agricultural Water Management.
121: 1-18.
20.Tabari, H., Grismer, M.E., and Trajkovic, S. 2013. Comparative analysis of 31 reference
Evapotranspiration methods under humid conditions. Irrigation Sciences. 31: 107-117.
21.Trajkovic, S. 2007. Hargreaves versus Penman-Monteith under humid conditions. J. Irrig.
Drain. Eng. 133: 38-42.
22.Valiantzas, D.J. 2013. Simplified forms for the standardized FAO-56 Penman–Monteith
reference Evapotranspiration using limited data. J. Hydrol. 505: 13-23.