برآورد تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم (SEBAL) بر اساس تصاویر ماهواره لندست8(مطالعه موردی هندیجان(
محورهای موضوعی : علوم آب
فیض اله مرتضی زاده
1
,
محمدحسین پورمحمدی
2
,
صائب خوشنواز
3
,
ابراهیم نوحانی
4
,
حسین اسلامی
5
1 - گروه علوم آب،واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران
2 - گروه علوم آب،واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران
3 - گروه علوم آب،واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران
4 - مرکز تحقیقات مواد و انرژي، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران
5 - گروه علوم آب،واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران
کلید واژه: سنجش از دور, تبخیر و تعرق, تصاویر ماهواره‌ای, دشت هندیجان, SEBAL, مدیریت آب,
چکیده مقاله :
مدیریت منابع آب در کشاورزی، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند دشت هندیجان در استان خوزستان، اهمیت ویژه‌ای دارد. یکی از مهم‌ترین شاخص‌های هیدرولوژیکی برای برنامه‌ریزی بهینه آبیاری، تعیین نیاز آبی گیاهان و افزایش بهره‌وری، تبخیر و تعرق واقعیاست. تخمین دقیق این پارامتر می‌تواند در بهبود مدیریت منابع آب نقش بسزایی ایفا کند. روش‌های سنتی اندازه‌گیری تبخیر و تعرق، نظیر استفاده از لایسیمترها، علاوه بر هزینه بالا و زمان‌بر بودن، اطلاعات محدودی در مقیاس نقطه‌ای ارائه می‌دهند؛ در مقابل، بهره‌گیری از داده‌های ماهواره‌ای مانند تصاویر Landsat 8 امکان برآورد تبخیر و تعرق در مقیاس منطقه‌ای را فراهم می‌کند. در این پژوهش، با هدف ارزیابی تبخیر و تعرق واقعی در دشت هندیجان و بهبود مدیریت منابع آب برای کشاورزی دیم، از الگوریتم SEBAL بر روی تصاویر ماهواره‌ای استفاده شده است. با بهره‌گیری از این الگوریتم، مؤلفه‌های توازن انرژی سطحی شامل شار تابش خالص (Rn)، شار گرمای خاک (G)، و شار گرمای محسوس (H) برآورد گردید و سپس تبخیر و تعرق با استفاده از معادله توازن انرژی محاسبه شد. نتایج نشان دادند که تبخیر و تعرق در این منطقه به عوامل متعددی از جمله توزیع پوشش گیاهی، نوع محصول، و زمان کشت وابسته است. مطالعات نشان داده‌اند که میزان تبخیر و تعرق ساعتی در دشت هندیجان بین 0 تا 1.1 میلی‌متر بر ساعت متغیر بوده، در حالی که مقدار روزانه این شاخص بین 0 تا 21 میلی‌متر در روز تغییر می‌کند. این یافته‌ها همچنین بیانگر تأثیرات مستقیم نوع کاربری زمین، ویژگی‌های پوشش گیاهی و شدت تابش خورشیدی بر میزان تبخیر و تعرق هستند.
Water resources management in agriculture is of particular importance, especially in arid and semi-arid regions such as the Handijan Plain in Khuzestan Province. One of the most important hydrological indicators for optimal irrigation planning, determining plant water requirements, and increasing productivity is actual evapotranspiration (ETa). Accurate estimation of this parameter can play a significant role in improving water resources management. Traditional methods of measuring evapotranspiration, such as using lysimeters, are expensive and time-consuming, and provide limited information at the point scale; in contrast, the use of satellite data such as Landsat 8 images allows for the estimation of evapotranspiration at the regional scale. In this study, the SEBAL algorithm was used on satellite images to assess actual evapotranspiration in the Handijan Plain and improve water resources management for rainfed agriculture. Using this algorithm, the surface energy balance components including net radiation flux (Rn), soil heat flux (G), and sensible heat flux (H) were estimated, and then evapotranspiration was calculated using the energy balance equation. The results showed that evapotranspiration in this region depends on several factors including vegetation distribution, crop type, and cultivation time. Studies have shown that the hourly evapotranspiration rate in the Handijan Plain varies between 0 and 1.1 mm/h, while the daily value of this index varies between 0 and 21 mm/day. These findings also indicate the direct effects of land use type, vegetation characteristics, and solar radiation intensity on evapotranspiration rate.
[1] احمد الی، خ، حسینی پژوه، ن. گ، و لیاقت، ع. (1394). تعیین زمان بهینه کشت گندم دیم در استان کردستان. پژوهش‌های کاربردی زراعی (پژوهش و سازندگی)، -(109)، 9-18.# [2] آذر افزا، ه.، رضایی، ح.، بهمنش، ج. و بشارت، س. 1391. مقایسه نتایج به‌کارگیری الگوریتم‌های PSO، GA و SA در بهینه‌سازی سیستمهای تک مخزنِ (مطالعه موردی: سدشهرچای، ارومیه). نشریه آب‌وخاک، 26(5): 1108-1101.# [3] اسفلان، م.، مطیع قادر، ح. و لطفی، ش.1389. مروری بر برخی از روش‌های بهینه‌سازی هوشمند. دانشگاه آزاد اسلامی واحد شبستر.
[4] Chang, F.J., Lai, J.S. and Koa, L.S. (2003). Optimization of operation rule curves and flushing schedule in a reservoir, Hydrological Processes, 17 (8), 1623-1640.
[5] Chang, L.C., and Chang, F.L. (2001).Intelligent control for modelling of real-time reservoir operation, Hydrological processes, 15(9), 1621-1634.
[6] Chaturvedi, M.C. and Kheper, S.D. (1982). Optimum cropping and ground water management, Water Resour. Bull., Vol. 18, PP: 655-660.
[7] Chau, k. (2007). A Split-Step PSO Algorithm in Prediction of Water Quality. Advances in Neural Networks – ISNN. Lecture Notes in Computer Science, Volume 3498/2005, 982, DOI: 10. 1007/ 11427469- 164.
[8] Y. A. Liou and S. K. Kar, “Evapotranspiration estimation with remote sensing and various surface energy balance algorithms-a review,” Energies, vol. 7, no. 5, pp. 2821–2849, 2014, doi: 10.3390/en7052821.
[9] S. H. Mahmoud and A. A. Alazba, “A coupled remote sensing and the Surface Energy Balance based algorithms to estimate actual evapotranspiration over the western and southern regions of Saudi Arabia,” J. Asian Earth Sci., vol. 124, pp. 269–283, 2016, doi: 10.1016/ j.jseaes.2016.05.012.
[10] Z. Sun, B. Wei, W. Su, W. Shen, C. Wang, and D. You, “Evapotranspiration estimation based on the SEBAL model in the Nansi Lake Wetland of China,” Math. Comput. Model., vol. 54, no. 3–4, pp. 1086–1092, 2011, doi: 10.1016/j.mcm.2010.11.039.
[11] R. G. Allen, L. S. Pereira, D. Raes, and M. Smith, “Crop evapotranspiration- Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage,” Irrig. Drain., vol. 300, no. 56, p. 300, 1998, doi
[12] R. . Smith, “The heat budget of the earth ’ s surface deduced from space,” Terrain, no. 0, pp. 1–10, 2010.
[13] M. Van Noordwijk et al., “Agroforestry and watershed functions of tropical land use mosaics,” 2003.
[14] G. Papadavid et al., “Using SEBAL to investigate how variations in climate impact on crop evapotranspiration,” J. Imaging, vol. 3, no. 3, 2017, doi: 10.3390 /jimaging 3030030.
[15] F. D. D. Arraes, M. G. da Silva, E. G. C. Junior, J. B. Oliveira, and E. R. F. Lêdo, “Estimativa da evapotranspiração e umidade do solo usando dados de sensores orbitais em área irrigada,” Congr. Norte
