استفاده از روشهاي زمين آماري در تعيين نياز آبي چغند رقند

1383 / چغندرقند/ جلد 20 / شماره 2

استفاده از روشهاي زمين آماري در تعيين نياز آبي چغند رقند

در استان تهران 1

Determination of sugar beet water requirement in Tehran province

using geostatistics methods

مهدي شهابي فر 2 ، مهدي كوچ كزاده 3 ، محسن محمدزاده 4 و سيد مجيد ميرلطيفي 3

م. شهابي فر, م. كوچك زاده, م. محمدزاده و س.م. ميرلطيفي. 1383 . استفاده از روشهاي زمين آماري براي تعيين نياز آبي زراعت

چغندر قند

133-147 :(2) در استان تهران. چغندرقند 20

چكيده

به منظور تعيين نيار آبي خالص (تبخير و تعر ق پتانس يل) زراعت چغندر قند با هدف مديريت من ابع

آب، برنامه ريزي آبياري، بهين ه سازي مصرف آب و دستيابي به حداكثر عملكرد، از روش دو مرحله اي فائو

استفاده شده اس ت . با استفاده از داده هاي هواشناسي، تبخير و تعرق مرجع به روش هارگريوز ساماني

در 38 ايستگاه هواشناسي محاسبه شده و سپس با اعمال ضريب گياهي من اسب مقدار تبخير و تعرق

پتانسيل چغندرقند محاسبه شد . با سه روش درون يابي (كوكريگينگ، كريگينگ و ميانگين وزني عكس

5200 متري ) كه × فاصله) مقدار تبخير و تعرق پتانسيل چغندرقند براي 3045 نقطه (رئوس شبكه 3300

از ايستگاه هاي هواشناسي فاصله داشته اند برآورد شده و براس اس آن ها با استفاده از سيستم اطلاعات

نقش ه هاي توزيع مكاني تبخير و تعرق پتانسيل چغندرقند در سطح استان تهران تهيه (GIS) جغرافيايي

كه به روش اعتبار متقابل (MSE) گرديده است . نقشه هاي حاصل بر اساس معيار ميانگين مربع خطا

محاسبه گرديده، ارزيابي شده و بر اساس ا رزيابي ب ه عمل آمده نقش ه حاصل از روش درو ن يابي

كوكريگينگ در اولويت قرار گرفته اس ت . براساس نتا يج، در تيرماه در سطح استان، كمترين و بيشترين

5 و 10 ميلي متر و كمترين و بيشترين / مقدار تبخير و تعرق پتانسيل روزانه چغندرقند به ترتيب برابر 5

مقدار نياز آبي خالص چغند رقند در طول دوره رشد در استان به ترتيب برابر 600 و 1200 ميليمتر بدست

آمده است.

واژه هاي كليدي: تبخير و تعرق، چغند رقند، روشهاي زمين آماري, سيستم اطلاعات جغرافيائي, نياز آبي

-1 اقتباس از رساله دكتري تحت عنوان: برآورد تبخير و تعرق مرجع منطقه اي با استفاده از زمين آمار و سيستم اطلاعات جغرافيايي در استان تهران

-2 دكتراي علوم و مهندسي آبياري از دانشگاه تربيت مدرس ، عضو هيئت علمي و رئيس بخش تحقيقات آبياري و فيزيك خاك مؤسسه تحقيقات خاك و

E-mail: m_shahabifar @ yahoo.com آب

-3 عضو هيئت علمي گروه آبياري دانشگاه تربيت مدرس

-4 عضو هيئت علمي گروه آمار دانشگاه تربيت مدرس

Archive of SID

www.SID.ir

134 استفاده از روش هاي زمين آماري براي تعيين نياز آبي ...

مقدمه

محدوديت منابع آب و رقابت بخشه ا ي مختلف

در استفاده از اين منابع از يك ط رف و افزايش سطح

اراضي فارياب از طرف ديگر اهميت بهره برداري بهينه

از اين منابع را صد چندان مي سازد. جهت بهر ه برداري

مناسب از برآورد دقيق آب مورد نياز گياهان در

مطالعات كشاورزي، مديريت من ابع آب و مح ي ط

زيست ضرورتي اساسي مي باشد. تعيين مي زان

تبخير و ت ع رق در مقياس م نطقه اي پي ش نياز

برنامههاي توسعه كشاورزي پايدار مي باشد و براي

نيل به اين هدف تعيين نقشه توزيع مكاني تبخير و

(Martinez- تعرق در سطح هر منطقه ضروري است

.Cob 1996)

چغندرقند يكي از مهمترين منابع توليد شكر

در جهان و ايران م ي باش د. ولي چغندرقند د ر اغلب

مناطق ايران كشت مي شود و يا قابل كشت است

(رحيميان و اسدي 1379 ). بنابراين تحقيق و

برنامه ريزي براي افزايش توليد اين محصول به منظور

نيل به خودكفايي كشور و جلوگيري از واردات شكر،

ضروري اس ت . از جمله مطالعات لازم در اين راستا

تعيين نياز آبي اين گياه م يباشد.

هرچند هدف اصلي آبياري ت أمين نياز آبي

گياهان (تبخير و تعرق) مي باشد، اما غالباً به ضرور ت

برآورد نياز آبي گياهان در طرح هاي آبياري توجه كافي

نمي شود. اين امر سبب عدم تناسب بين آب و اراضي

تحت كشت مي گردد. به عبارت ي پروژه كمتر و يا

بيشتر از اندازه طراحي ميشود كه هر دو باعث هدر

رفتن سرمايه م ي گردد. حال آن كه اگر اندكي هزينه

قبل از اجرا و در مرحله طراحي صرف تخمين نياز آبي

گياهان شود مشكلات فوق الذكر اتفاق نخواهد افتاد . از

جمله دلايل وجود خطا در برآورد نياز آبي گياهان، عدم

آگاهي كافي طراحان از مسائل اگرونوم يكي و

خصوصيات فيزيولوژيكي گياه در رابطه با مصرف آب و

عدم انتخاب روش مناسب تخمين نياز آبي گياهان

مي باشد.

نياز آبي زراعت چغندرقند به شدت تابع شرايط

آب و هوايي، مديريت آبياري و طول دوره رشد هم

چنين تراكم، ژنوتيپ و ميزان نيتروژن مصرفي

ميباشد(كوچكي و همكاران 1372 ). چغندرقند از نظر

نياز آبي ب ه واسطه دوره رشد طولاني جز ء گياهان

پرمصرف ب ه شمار مي رود به طوري كه مقدار نياز

آبي آن در كرج و مشهد به ترت يب برابر 883 و

762/8 ميليمتر در طول دوره رش د ب رآورد شده

.( است (غالبي 1379 ؛ رحيميان و اسدي 1379

نياز آبي اين گياه در ط ول دوره رشد در مناطق

مختلف جهان بين 350 تا 1150 ميل يمتر

براساس .(Allen et al. گزارش شده اس ت ( 1998

تحقيقات انجام شد ه , در دو ماه اول دوره رشد ميزان

تبخير و تعرق چغندرقند در مقايسه با تبخير و تعرق

مرجع بسيار اندك اس ت و دليل آن سطح اندك

پوشش گياهي در مراحل اوليه ميباشد كه بوته ها با

فواصل زياد از هم قرار دارند . به محض اي ن كه

Archive of SID

www.SID.ir

135 1383 / چغندرقند/ جلد 20 / شماره 2

مساحت پوشش گياه ي كامل ميشود (حدود 60 تا 80

روز بعد از كاشت ) مقدار تبخير و تعرق گياهي به تبخير

و تعرق مرجع نزديك تر مي شود كه علت آن تعرق زياد

از سطح وسيع برگها است (كوچكي و همكاران

1372 ). تمام تحقيقات انجام شده براي تعيين نياز آبي

چغندرقند نقطه اي بوده و در مقياس منطقه اي كاربر د

دقيقي ندارد.

تابش خورشيدي، دم ا و رطوبت هوا و سرعت

باد پارامترهاي اقليمي هستند كه در زمان بررسي

فرآيند تبخير و تعرق بايد مورد توجه قرار گيرند اين

داده ها كه براي تعيين تبخير و تعرق ب ه كار مي روند از

بوده و شديداً تابع (Spatial Data) نوع داده هاي مكاني

(Allen et al. 1998 and خصوصيات مكان مي باشند

به طور مثال اختلاف . Jensen et al. 1990)

فاحشي را براي درجه حرارت هوا و سرعت باد مي توان

در ف اصله اي ك متر از ي ك كيلومتر مشاهده

(Al-Ghobari 2000; hashmi and Garcia نمود

1998 . اين تغييرات در مناطق كوهستاني مثل ايران )

باز هم شديدتر است . در يك منطقه علاوه بر تغييرات

داده هاي اقليمي در مقياس مكان، تنوع كاربري اراضي

و نوع خاك نيز باعث تغيير شدت تبخير و تعرق در

تغييرات مكاني .(Rose سطح منطقه مي شوند( 1984

خصوصيات خاك سبب مي شود تا توسعه ريشه، جذب

آب و نهايت ا " فرآيند تبخير و تعرق به يك پديده مكاني

.(Hillel 1985; Miller تبديل گردد ( 1980

اغلب مدل هايي كه براي تعيين تبخير و تعرق

مورد استفاده قرار مي گيرند، مدل هاي غير مكاني بوده و

اساس آن ها براين فرض استوار است كه من اطق

اطراف نقطه انداز ه گيري، سطحي همگن است و لي اين

فرض در واقع با توجه به تغييرات شديد داد ه هاي آب و

هوايي و تغييرات ارتفاعي در سطح منطقه مورد مطالعه

(Garcia and Hashmi مورد اشكال مي باشد ( 1994

توزيع غيريكنواخت انرژي در سطح يك ناحيه، باعث

انتقال افقي انرژي مي گردد . انتقال و جابجايي افقي

توده اتمسفر منجر به انتقال بخار آب و انرژي محسوس

مي شود و اي ن پ دي ده از عوامل ناهمگني

سطح منطقه و عدم كارآيي مد ل هاي غير مكاني

(Burman and Pochop مي باشد ; 1994

. Rosenberg, 1969 and Monteith 1981)

يكي ديگر از دلايلي كه سبب عدم امكان

استفاده از مد ل هاي نقطه اي در تخمين تبخير و تعرق

در سطح يك منطقه مي شود تعداد محدود ايستگا ه هاي

هواشناسي توزيع نامناسب محل ايستگاه ها و نامناسب

بودن داده هاي آن ها از نظر كميت و كيفيت مي باش د.

به عبارت ديگر ب ه دليل تراكم اندك ايستگاه ها در

واحد سطح، مقادير ب ه دست آمده از اندازه گيري

پارامترهاي آب و هوايي، توانايي توصيف وضعيت

(Trimmer منطقه را ندارند. تحقيقات تريمر ( 1980

در نبراسكا نشان داد كه در صورت هموار بودن منطقه

به لحاظ توپوگرافي، داده هاي اندازه گيري شده در يك

ايستگاه هواشناسي را م ي توان براي محاسبه تبخير و

Archive of SID

www.SID.ir

136 استفاده از روش هاي زمين آماري براي تعيين نياز آبي ...

ه كار برد و استفاده از اينگونه داده ها در

سطح وسيع با تغييرات نسبتأ شديد ارتفاع، توام با

خطاي زياد م ي باشد . تحقيقي ديگر در منطقه اي از

كاليفرنيا با انداز ه گيري تبخير و تعرق، ا ختلافي در حد

50 درصد را براي اين پارامتر در فاصله اي معادل 20

كيلومتر نشان دا د و نتيجه گيري گرديد كه شدت تبخير

و تعرق از نقطه اي به نقطه ديگر تغيير نموده و تابع

توپوگرافي و خصوصيات اقليمي اس ت . لذ ا نم ي توان

مستقيماً از مقادير محلي در پروژه هاي منطقه اي

.(Nixon et al. استفاده كرد ( 1963

براي تهيه نقشه تبخير و تعرق مرجع در كلرادو

پارامترهاي اقليمي در نقاط مختلف جم ع آوري و سپس

با استفاده از تحليل همبستگي روابط معني داري بين

پارامترهاي اقليمي و ارتفاع بدست آم د . در مورد برخي

از پارامترها كه ارتباط معني داري وجود نداشت از

همبستگي بين آن، با پارامتر ديگر آب و هوايي استفاده

شد. در ادامه با مشخص شدن توزيع مكاني پارامترهاي

اقليمي تبخير و تعرق مرجع محاسبه

.(Claessens et al. گرديد( 1994

اسدي و همكاران ( 1379 ) با جم ع آوري

داده هاي هواشناسي 32 ايستگاه هواشناسي موجود در

استان خوزستان و استانهاي مجاور با روش پ ن من

مانتيث فائو و هارگريوز ساماني تبخير و تعرق مرجع

را در ايستگاههاي مذكور محاسبه نموده (فرشي و

همكاران 1376 ) و سپس رابطه همبستگي معن ي داري

بين تبخير و تعرق مرجع و ارتفاع ايستگاه ها ب ه دست

آوردند. آنها با استفاده از معادله به دست آمد ه و مدل

ارتفاعي كه از نقشه هاي توپوگرافي استان مذكور تهيه

كرده بودند، نقشه تبخير و تعرق مرجع را براي استان

خوزستان ترسيم نمودند.

در يكي از حوضه هاي آبريز دانمارك از نقشه

كاربري اراضي، سري هاي زماني بارندگي ماهانه و

تبخير و تعرق پتانسيل در يك معادله همبستگي

استفاده كرده وتوزيع فضايي تبخير و تعرق واقعي را

.(Skop and acquarone تخمين زدند( 1997

داده هاي 34 ايستگاه درجه يك و مدل پن من

مانتيث براي تخمين تبخير و تعرق مرجع ماهيانه

در منطقه شمال شرق ايالات متحده ب ه كار گرفته

شده است . براي درو ن ي ابي تبخير و تعرق در سطح

منطقه از همبستگي چند متغيره استفاده گرديده كه

متغيرهاي مستقل اين رابطه همبستگي متوسط درجه

حرارت ماهيانه، طول جغرافيايي و ارتفاع از سطح دريا

.(Fennessey and Vogel بوده است ( 1996

در برنامه ريزي آبياري درختان زيتون در استان

جين اسپاني ا براي محاسبه تبخير و تعرق مرجع از معادله

هارگريوز و براي پهن ه بندي و درو نيابي از روش

معكوس مربع فاصله در سيستم اطلاعات جغرافياي

.(Rojas and Roldan استفاده شده است( 1996

داده هاي شش ايستگاه هواشناسي در يكي از

دشتهاي كلرادو با مساحت 110000 هكتار براي

تخمين تبخير و تعرق منطقه اي استفاده شده است .

براي محاسبه تبخير و تعرق مرجع روش بليني

Archive of SID

www.SID.ir

137 1383 / چغندرقند/ جلد 20 / شماره 2

.(Hashmi and Garcia 1998)

در يكي از نواحي كوهستاني اسپانيا داده هاي

158 ايس تگاه براي محاسبه تبخير و تعرق مرجع با

فرمول بليني كريدل فائو استفاده و سپس با

روش هاي زمين آماري تبخير و تعرق منطقه اي تخمين

زده شد . در اين تحقيق كارايي سه نوع تخمين گر

در درو ن يابي متوسط درازمدت (Kriging) كريگينگ

تبخير و ت ع رق م رجع م ورد ارزيابي قرار گ ر فته

است و اختلاف معني داري بين آنها مشاهده نشده

.(Martinez-Cob است( 1996

در فلوريدا، از داده هاي شبكه تبخي رسنجي براي

تخمين تبخير و تعرق مرجع منطق ه اي با روش

تحليل هاي زمين آماري استفاده كردند . در اين تحقيق

(Ordinary دو تخمينگر كريگينگ معمولي

(Universal Kriging) و كريگينگ عا م Kriging)

مورد مقايسه قرار گرفت و در نتيجه تخمين گر

كريگينگ عام مناس ب تر شناخته ش د . برآورد هاي انجام

شده براي دو ماه جولاي (معرف ماه خشك ) و ژانويه

(معرف ماه مرطو ب ) بوده و نقش ه هاي هم واريانس

(واريانس تخمين ) براي اين دو ماه با استفاده از دو

(Chin and Sifang Zaho تخمينگر ارائه شده است

.1995)

با توجه به تحقيقات و مطالعات پيش گفته در

مي يابيم كه براي تعيين تبخير و تعرق منطقه اي عمدتاً

از سه روش تحليل همبستگي، ميانگين وزني (وزن

فاصله) و زمين آماري استفاده شده اس ت . روش تحليل

همبستگي ب ه دليل آن كه ه يچ گونه توجه اي به

خصوصيات مكاني داد ه ها ندارد در اين نوع مطالعات

نتايج قابل قبولي ارائه نخواهد داد . اما روش ميانگين

وزني ب ه دليل توجه به فاصله بين موقعي ت ها كه خود

يكي از خصايص مكاني مي باشد نتايج مناسب تري را

نسبت به روش قبلي ارائه م ي دهد ولي اين روش نيز

به دليل عدم توجه به ساختار همبستگي داده هاي

مكاني كه ناشي از تفاوت داد هها در موقعيتهاي

مختلف مي باشد داراي ضعف است.

در اين بررسي با توجه به خصوصيات مكاني

داده ها به منظور تعيين نقشه توزيع مكاني تبخير و

تعرق در سطح استان تهران از روش هاي درون يابي

و ميانگين (CoKriging) كريگينگ، كوكريگينگ

(Inverse Distance Weighted) وزني عكس فاصله

استفاده شده است . در ضمن با آگاهي از اين كه

تئوري روشهاي كريگينگ و كوكريگينگ در مورد

داده هاي مكاني قو ي تر از روش ميانگين وزني عكس

فاصله مي باشد ب ه دليل آن كه روش اخير ب ه علت

سادگي مح اسبات كاربرد زيادي داشته در اين مقاله با

مقايسه نتايج حاصل از آن با نتايج دو روش ديگر سعي

شده است كه اهميت رو ش هاي درون يابي مبتني بر

ساختار همبستگي مكاني داده ها آشكارتر گردد.

موادوروشها

Archive of SID

www.SID.ir

138 استفاده از روش هاي زمين آماري براي تعيين نياز آبي ...

استان تهران با مساحت 1929402 هكتار در

شمال ايران، بين 34 درجه 46 دقيقه تا 36 درجه و 18

دقيقه

عرض شمالي و 50 درجه و 14 دقيقه تا 53

درجه و 12 دقيقه طول شرقي وا قع شده و ارتفاع آن

بين 790 تا 4100 متر از سطح آبهاي آزاد متغير

است. اين استان ب ه دليل دارا بودن شرايط اقليمي

بسيار متفاوت (نواحي خشك كويري تا سرد

كوهپايه اي) و بازار بزرگ مصرف از لحاظ توليد

محصولات مختلف كشاورزي حائز اهميت خاص

مي باشد.

براي تعيين تبخير و تعرق مرجع از دادههاي

20 سال ه اقلي مي 38 ايستگاه ه واشناس ي واقع

در داخل محدوده و مجاور استان استفاده گرديده و

مقدار تبخير و تعرق مرجع با روش هارگريوز ساما ن ي

بر اساس (Hargreaves and Samani 1985)

رابطه زير محاسبه گرديد:

0.5

max min 0.0023R (T 17.8)(T T ) o a = + −

o ET

max

min

كه در آ ن ، تبخير و تعرق مرجع بر حسب ميلي متر

ميانگين تشعشع فرا زميني بر حسب Ra ، در روز

T ، ميانگين دماي روزانه هو ا T ، ميليمتر در روز

ميانگين T ميانگين حداكثر دماي روزانه هوا و

حداقل دماي روزانه هوا م ي باشد. ميانگين بلند مدت

تبخير و تعرق مرجع براي ماههاي مختلف سال

محاسبه شده و سپس با استفاده از ضرايب گياهي

مناسب تبخير و تعرق پتانسيل چغند رقند از رابطه ز ير

تعيين

ETc = ETo * Kc

شده است.

Kc تبخير و تعرق پتانسيل و ETc ، كه در آن

ضريب گياهي مي باشد . ضر يب گ ياهي از

نشريه شماره 56 آبياري و زهكشي فائو استخراج و با

استفاده از تحقيقات انجام شده تعديل و براي مراحل

چهارگانه تع يين و سپس در مقا د ير تبخير و تعرق

مرجع ضرب شده اس ت . براي تعيين نقشه توزيع مكاني

تبخير و تعرق پتانسيل چغندرقند در سطح استان تهران

از روشهاي درو نيابي كريگينگ معمولي، كوكريگينگ

و روش ميانگين وزني عكس فاصله استفاده شده است.

شرط اوليه استفاده از كريگينگ خطي آن است

كه متغير مورد نظ ر توزيع نرمال داشته باشد . براي

بررسي نرمال بودن توزيع داده ها از آزمون مربع كاي

استفاده شد و در سطح پنج درصد اختلاف معني داري

بين توزيع داد ه هاي مذكور و توزيع نرمال مشاهده نشد .

به عبارت ديگر درسطح اعتماد 95 درصد داد ه ها داراي

توزيع نرمال مي بودهاند.

در روش هاي كريگينگ وكوكريگينگ تخمين

تبخير و تعرق داراي دو مرحله است . مرحله اول، شامل

تجربي، (Semivariogram) ترسيم شب ه تغييرنگار

برازش مدل شبه تغيير نگار و تعيين پارامترهاي مدل

مي باشد. در اين مرحله مفهوم پيوستگي، همگني و

ناهمگني و بالاخره ساختار فضايي تبخير و تعرق مرجع

بررسي مي شود. تغيير نگار بنا به تعريف عبارت است از

ميانگين مربعات اختلاف مقادير متوالي متغير مورد نظر

و نصف آن شبه تغيير نگار ناميده مي شود كه بصورت:

Archive of SID

www.SID.ir

139 1383 / چغندرقند/ جلد 20 / شماره 2

( ) 1/ 2 ( )[ ( )2 ]

i h h N h Z Z + γ = Σ −N(h)

تعريف م يشود كه در آن تعداد زوج

از يكديگر h موقعيتهاي متمايزي است كه در فاصه

مقدار متغير مورد نظر در موقعيت Z ، قرار دارند

مقدار شبه γ (h) شاخص موقعيت مورد نظر و i ، معين

h تغيير نگار بازاي فاصه معرفه

0 x

n x 1 x

ˆ( ) ( )

0 i i x = Σλ Z x

ˆ( )

0 Z x

( i ) i i x

(Cressie مي باشد

.1993)

براي برازش مدل شبه تغيير نگار به داده هاي

تجربي، مدل هاي كروي، نمائي، خطي، خطي سقف دار

و گوسي مورد بررسي قرارگرفته و بهترين مدل و

پارامترهاي آن ب ه ش ي وه اع تب ار

ب ه دس ت آم ده (Cross-Validation) متقابل

.(Hevesi et al. است ( 1992

مرحله دوم عبارت است از تخمين زمين آماري

تبخير و تعرق به روش كريگينگ يا كوكريگينگ كه به

پارامترهاي مدل شبه تغيير نگار برازش شده در مرحله

اول وابسته است.

براي تخمين مقدار تبخير و تعرق در موقعيت

دلخواه براساس مشاهدات در موقعيتهاي

و…..و به شيوه درو ن يابي كريگينگ از

رابطه:

استفاده شده، كه در آن مقدار تخمين در

λ و x مقدار معلوم در موقعيت Z ، x موقعيت 0

xi وزن يا اهميت مقدار وابسته به موقعيت

است

ها به گون ه اي تعيين م ي شوند كه ( λ و

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

( )

( ) 1 i

i Z x

Z x

Z =

1 n x

ˆ( ) ( )

0 i i x = Σ Λ Z x

⎥⎦

⎤

)

⎥ ⎥⎦

⎤

⎢ ⎢⎣

⎡

i i

21 22

11 12

λ λ

Λ i

ˆ( )

0 Z x

0 x

n x 1 x

ˆ( ) ( ( ) / ) /( 1/

استفاده از روشهاي زمين آماري در تعيين نياز آبي چغند رقند

مطالب مشابه :

آموزش کامل خیاطی با خانم سیما عمرانی

آموزش خیاطی

سرفصل دی وی دی آموزش خیاطی خانم سیما عمرانی

مجموعه عکس های جدید و زیبا عاشقانه Love HD Wallpaper

رسم الگوی دامن

چه معیاری برای رنگ ابرو باید در نظر داشت، رنگ پوست یا مو؟

جدیدترین کویز روابط جنسی

ترس از روابط جنسی و چرایی و چگونگی آن

استفاده از روشهاي زمين آماري در تعيين نياز آبي چغند رقند