Spatial estimation and zoning reference evapotranspiration using geostatistical methods and geographic information system (case study: Bakhtegan Basin)

محورهای موضوعی : Irrigation and Drainage

کیوان بوالحسنی ¹ , حیدر زارعی ²

1 - گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.
2 - گروه هیدرولوژی و منابع آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

تاریخ دریافت : 1394/10/26 تاریخ پذیرش : 1395/02/08 تاریخ انتشار : 1394/12/11

کلید واژه: پهنه بندی, zoning, زمین آمار, geostatistic, Reference evapotranspiration, BakhteganBasin, تبخیر و تعرق مرجع و حوضه بختگان,

چکیده مقاله :

Reference Evapotranspiration (ET0) is a basic parameter for determination of irrigation program. It is one of the most important factors in water resources management and considers as a requirement for every irrigation and drainage plans. Because of the spatial variations of ET0, it is necessary to use from intrapolation methods in order to estimation of this parameter in regional studie. Using geostatistical methods is one of the ways to estimation of evapotranspiration in locations which have no synoptic stations. Determining the most important geostatistical method for spatial estimation of ET0 and its zoning in Bakhtegan basin is the main aim of this research. Therefore, recorded daily data over 2013 to 2014 yearsin 24 synoptic stations which located inthe around and the inside of Bakhtegan basin were used. The amount of daily reference evapotranspiration was determined by using the ET0-calculator software. Calculated ET0 values from geographic coordinates of synoptic stations was processed by Arc GIS software. Different geostatistical methods including Inverse Distance Weighting (IDW), ordinary kriging and co-kriging (spherical, exponential and Gaussian variogram models) were used in order to spatial estimation of ET0. On the other hand, three criteria including Root MeanSquare Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE) and Mean Biased Error (MBE) were used for selecting the most appropriateinterpolation method. Based upon the results of this research, co-kriging method showed the minimum RMSE, MAE and MBE equal to 0.6973, 0.5146 and -0.1155, respectively. Therefore, it was selected as the most appropriate method in estimation of spatial evapotranspiration.

چکیده انگلیسی:

تبخیر و تعرق مرجع پارامتری اساسی در تعیین برنامه آبیاری است که دانستن مقدار آن در هر مکان برای برآورد نیاز آبی، پروژه‌ها و طراحی سیستم های آبیاری از مهم ترین عوامل در مدیریت منابع آب و از ضروریات هر طرح آبیاری و زهکشی به شمار می رود که به دلیل تغییرات مکانی آن باید از روش های درون یابی برای تخمین آن در سطح منطقه ای بهره گرفت. استفاده از روش های زمین آمار یکی از راه های تخمین تبخیر و تعرق در نقاط فاقد ایستگاه می باشد. هدف این پژوهش تعیین مناسب ترین روش زمین آماری برای تخمین مکانی تبخیر وتعرق مرجع و پهنه بندی آن در حوضه آبریز بختگان است. که برای این کار نیاز به ارزیابی روش­های زمین آماری می­باشد. بدین منظور در این پژوهش از اطلاعات روزانه ثبت شده در 24 ایستگاه سینوپتیک در داخل و اطراف حوضه آبریز بختگان در طی یک دوره سال آبی 1392 تا 1393 استفاده شده است. با استفاده از نرم افزار ET0-calculator میزان تبخیر و تعرق مرجع روزانه در هریک از ایستگاه ها به روش فائو-پنمن- مانتیث به­دست آمد. مقادیر  ETبه­دست آمده باتوجه به مختصات جغرافیایی ایستگاه های سینوپتیک با استفاده از نرم افزار ARC-GIS فراخوانی گردید. به منظور برآورد مکانی  ETاز روش‌های مختلف زمین آمار از جمله روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) با توان های مختلف، روش کریجینگ معمولی و کوکریجینگ با  مدل های واریوگرامی کروی، نمایی و گوسی استفاده گردید. جهت انتخاب مناسب­ترین روش درون یابی از سه معیار ریشه میانگین مجموع مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و میانگین خطای انحراف (MBE) برای ارزیابی روش های زمین آمار استفاده گردید. نتایج نشان داد که در میان سه روش زمین آماری استفاده شده جهت تخمین تبخیر و تعرق منطقه‌ای روش کوکریجینگ دارای کم­ترین معیار­های خطا RMSE ، MAE  و MBE به­ترتیب برابر با 6973/0، 5146/0 و 1155/0- بود و به عنوان روش مناسب جهت برآورد تبخیر وتعرق منطقه ای انتخاب شد.

منابع و مأخذ:

نظری فر، م.، سیفی، ک. و مومنی، ر. (1386). ارزیابی روش های زمین آماری و تیسن در برآورد تغییرات منطقه ای تبخیر و تعرق پتانسیل (مطالعه موردی: استان همدان). نهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر،کرمان: دانشگاه شهید باهنرکرمان. 

ﺟﺎﻣﻌﯽ،م و ﺣﺠﺎم،س .(1387). ارزﯾﺎﺑﯽ روشﻫﺎی زﻣﯿﻦ آﻣﺎری در ﺑﺮآورد ﻣﻨﻄﻘﻪای ﺗﺒﺨﯿﺮ و ﺗﻌﺮق ﻣﺮﺟﻊ (ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﻮردی: اﺳﺘﺎن ﺧﻮزﺳـﺘﺎن) ﺳﻮﻣﯿﻦ ﮐﻨﻔﺮاﻧﺲ ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ ﻣﻨﺎﺑﻊ آب اﯾﺮان، ﺗﺒﺮﯾﺰ.

ﺷﻌﺒﺎﻧﯽ، م. (1388). ارزﯾﺎﺑﯽ ﮐﺎرﺑﺮد روش ﻫﺎی زﻣﯿﻦ آﻣﺎر در ﭘﻬﻨﻪ ﺑﻨﺪی ﺷﺪت ﻫﺎی ﺧﺸﮑﺴﺎﻟﯽ اﺳﺘﺎن ﻓﺎرس، ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ منابع آب، 2 ،ﺑﻬﺎر، ص 31-36.

وﻓﺎﺧﻮاه،م.، محسنی، و.، ساروی، م. و اونق، م. (1388). ﻣﻘﺎﯾﺴـﻪ روشﻫـﺎی زﻣﯿﻦ آﻣﺎر در ﺑﺮآورد ﺗﺒﺨﯿﺮ و ﺗﻌﺮق ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ(ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﻮردی:ﺣﻮزه آﺑﺨﯿﺰ دریاچه نمک) مجله پژوهش های آبخیزداری. شماره 30، ص 38 و 39.

سرمدیان، ف. و تقی زاده مهرجردی، ر. (1388). مقایسه روش های درون یابی جهت نقشه های خصوصیات کیفی خاک مطالعه موردی (مزرعه دانشکده کشاورزی). تحقیقات آب و خاک ایران. 40، شماره 2، 165-155.

زارع اﺑﯿﺎﻧﻪ، ح.، ﺑﯿﺎت ورﮐﺸﯽ، م.، ﺳﺒﺰی ﭘﺮور، ع.، ﻣﻌﺮوﻓﯽ، ص. و ﻗﺎﺳﻤﯽ، ع. (1389). ارزﯾﺎﺑﯽ روش ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮآورد ﺗﺒﺨﯿﺮ ﺗﻌﺮق ﮔﯿﺎه ﻣﺮﺟﻊ و ﭘﻬﻨﻪ ﺑﻨﺪی آن در ایران ، پژوهش های جغرافیایی، شماره 95، ص 117-95.

ﻣﯿﺮﻣﻮﺳﻮی، س.، ﻣﺰﯾﺪی، ا. و ﺧﺴﺮوی، ی. (1389). ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺑﻬﺘﺮﯾﻦ روش زﻣﯿﻦ آﻣﺎر ﺟﻬﺖ ﺗﺨﻤﯿﻦ ﺗﻮزﯾﻊ ﺑﺎرﻧﺪﮔﯽ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از  GIS(ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﻮردی :اﺳﺘﺎن اﺻﻔﻬﺎن (ﻓﺼﻠﻨﺎﻣﻪ   ﻓﻀﺎی ﺟﻐﺮاﻓﯿﺎﺑﯽ .ﺳﺎل دﻫﻢ ﺷﻤﺎره30 . ص 120-105.

ﮐﺮﯾﻤﯽ ﺟﻌﻔﺮی،م و اﺳﻼﻣﯿﺎن،س. (1390). ارزﯾﺎﺑﯽ روش‌ﻫﺎی زﻣﯿﻦ آﻣﺎر درﺗﺨﻤﯿﻦ ﺗﺒﺨﯿﺮ و ﺗﻌﺮق ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ. ﻧﺨﺴﺘﯿﻦ ﮐﻨﻔﺮاﻧﺲ ﻣﻠﯽ ﻫﻮاﺷﻨﺎﺳﯽ و ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ آب ﮐﺸﺎورزی ایران، ﭘﺮدﯾﺲ ﮐﺸﺎورزی و ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻃﺒﯿﻌﯽ داﻧﺸﮕﺎه ﺗﻬﺮان .

صادقی راد، ر. (1390). تاثیر تطویل آماردرتخمین توزیع مکانی بارش با روش های زمین آماری. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز،147 ص.

ﮔﻨﺠﯽ زاده،ر.، ﺑﺮوﻣﻨﺪﻧﺴﺐ،س.، ﺳـﻠﻄﺎﻧﯽ ﻣﺤﻤـﺪی،ا و ﮔﻨﺠـﯽ زاده،ح .(1392). ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺗﺒﺨﯿﺮ و ﺗﻌﺮق ﻣﺮﺟﻊ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از روشﻫـﺎی درون - ﯾﺎﺑﯽ و ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ آن ﺑﺎ روشﻫﺎی ﺗﺠﺮﺑـﯽ (ﻣﻄﺎﻟﻌـﻪ ﻣـﻮردی:اﺳـﺘﺎن ﮔﻠﺴﺘﺎن) اوﻟﯿﻦ ﻫﻤﺎﯾﺶ ﻣﻠﯽ ﺑﺤﺮان آب، اﺻﻔﻬﺎن .

ﮐﻤﺎﻟﯽ ﭘﺎﺷﺎﮐﻼﯾﯽ ،م،. ا، ﻓﺮﯾﺪ ﺣﺴﯿﻨﯽ ،ع، اﻧﺼﺎری ،ح، و ﻏﻼﻣﯽ ﺳﻔﯿﺪﮐﻮهی،م، ،ع. (1394). ارزﯾﺎﺑﯽ دو روش ﺗﻬﯿﻪ ﻧﻘﺸﻪﻫﺎی ﺗﻐﯿﯿﺮات ﻣﮑﺎﻧﯽ ﺗﺒﺨﯿﺮ-ﺗﻌﺮق ﻣﺮﺟﻊ (ﻣﻄﺎﻟﻌـﻪ ﻣـﻮردی: اﺳﺘﺎن ﻣﺎزﻧﺪران) ﻧﺸﺮﯾﻪ آﺑﯿﺎری و زﻫﮑﺸﯽ اﯾﺮان ، شماره1، ﺟﻠﺪ9، ﻓﺮوردﯾﻦ -  اردﯾﺒﻬﺸﺖ 1394، ص 221-232.

Davis, B.M. (1987).Uses and abuses of cross-validation in geostatistics .Math. Geol. 19, p 241- 248.

Hashemi, M, Garcia L. A, Fontane D. G. (1994).Spatial Estimation of Regional Crop Evapotranspiration ,Transaction of the ASAE , 38, 8, pp:1345-1351.

Dalezios, N. R., Loukas, A. and Bampzelis, D. (2002). Spatial Variability of Reference Evapotranspiration in Greece, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 27, 23-24, pp: 1031-1038.

Mardikis, M. G.,  Kalivas D. P. and Kollias V. J. (2005).Comparison of Interpolation Methods for the Prediction of Reference Evapotranspiration-An Application in Greece. Journal Water Resources Management.19, 3, pp: 251-278.

Gong, L., Xu. Ch. & Chen, D. (2005). Spatial interpolation and analyses of reference evapotranspiration and its temporal trends in Changjiang (Yangtze River) Catchment, China. Geophysical Research Abstracts, 7.

Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Del Castillo, C. and Buytaert, W. (2006). Agro-climatic suitability mapping for crop production in the Bolivian Altiplano: A case study for quinoa. Agricultural and forest meteorology, 139, 3, pp: 399-412.

Vanderlinden, K., Giraldez, V., and Meirvenne,M. (2008). Spatial Estimation of Reference Evapotranspiration in Andalusia, Spain. Journal of Hydrometeorology.9, pp: 242–255.

Alsamamra, H. Ruiz-Arias,J A. Pozo-Va´zquez,D. Tovar-Pescador , J.(2009). A comparative study of ordinary and residual kriging techniques for mapping solar radiation over southern Spain. Agricultural and Forest Meteorology. 149, pp: 1343 – 1357.