Estimation of reference crop evapotranspiration by Hargreaves Samani and modified Hargreaves Samani methods and evaluating them using the water requirement system of plants in Kermanshah province

Document Type : Research paper

Authors

1 Assistant Professor, Soil and Water Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran.

2 Associated Professor, On-Farm Water Management Department, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.

3 Assistant Professor, On-Farm Water Management Department, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.

10.22034/hydro.2023.53196.1271

Abstract

Accurate estimation of reference evapotranspiration is essential in many studies such as water hydrological balance, design and management of irrigation systems, simulation of plant growth stages and yield, and planning and management of water resources. Accurate estimation of this parameter can lead to proper management and planning of water resources. The aim of this study was to estimate the values of reference evapotranspiration in synoptic stations of Kermanshah province during the statistical period of 2010-2020, evaluation of Hargreaves Samani and modified Hargreaves Samani methods and zoning of reference evapotranspiration in the province. The standard Penman Monteith-FAO method resulting from the water requirement system of plants was used to determine the reference evapotranspiration. The results showed that the highest and lowest annual reference evapotranspiration among the meteorological stations in the amount of 1770 and 1341 mm per year belonged to Qasr-e-Shirin and Sararood stations, respectively. The most important effective parameter in the higher reference evapotranspiration in Qasr-e-Shirin station was high temperature and wind speed compared to other stations. The results of zoning of reference evapotranspiration showed that the western regions of the province have a higher intensity than the eastern regions. Evaluation of Hargreaves Samani and modified Hargreaves Samani methods showed that the mean of R2, RMSE and NRMSE statistics in Hargreaves Samani method were 0.9, 0.78 mm day-1 and 0.19, respectively. The mean values of these statistics in the modified Hargreaves Samani method were 0.71, 2.59 mm day-1 and 0.65, respectively. Therefore, the application of Hargreaves Samani method to calculate the reference evapotranspiration in this province is recommended.

Keywords


احمدی، م.، رمضانی اعتدالی، ه.، 1401. کاربردپذیری پایگاه‌ بارشی GLDAS در برآورد ردپای آب سبز و آبی گندم و ذرت در دشت قزوین با استفاده از مدل Aqua Crop. هیدروژئولوژی، 7(2): 30-42.
اخوان، س.، موسی‌بیگی، ف.، هاشمی گرمدره، س.ا.، 1397. برآورد تبخیرتعرق گیاه مرجع تحت سناریوهای کمبود داده (مطالعه موردی: استان کرمانشاه). مهندسی آبیاری و آب ایران، 9(1): 183-197.
باب الحکمی، ع.، غلامی سفیدکوهی، م.ع.، عمادی، ع.ر.، 1399. اثر تغییر اقلیم بر تبخیر تعرق مرجع در استان مازندران. تحقیقات آب و خاک ایران، 51(2): 387-401.
باعقیده، م.، انتظاری، ع.، بابایی، ی.، عباس‌نیا، م.، 1392. شناسایی نواحی بهینه آب و هوایی برای احیای جنگل‌های بلوط (مطالعه‌ی موردی: استان کرمانشاه). جغرافیا و پایداری محیط، 3(1): 121-142.
بختیاری، ب.، محبی دهاقانی، ع.، قادری، ک.، 1394. برآورد تبخیر تعرق مرجع روزانه با حداقل داده‌های هواشناسی در اقلیم‌های نیمه‌خشک منتخب ایران. تحقیقات منابع آب ایران، 11(3): 131-144.
چکاو، ص.، داوری، ک.، قهرمان، ب.، 1397. تحلیل و بررسی روند زمانی تبخیر تعرق گیاه مرجع و پارامترهای مؤثر بر آن در چند ناحیه اقلیمی در ایران. کنفرانس عمران، معماری و شهرسازی کشورهای جهان اسلام، دانشگاه تبریز، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان و دانشگاه علمی کاربردی شهرداری تبریز، 20 اردیبهشت 1397، تبریز.
حقی‌زاده، ع.، بیات، و.، ارشیا، آ.، 1398. برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل ایستگاه‌های سینوپتیک کرمانشاه با استفاده از مدل برنامه‌نویس ژنتیکی. فضای جغرافیایی، 19(67): 29-42.
حیدری، ن.، 1393. ارزیابی شاخص بهره‌وری آب کشاورزی و عملکرد سیاست‌ها و برنامه‌های مدیریت آب کشور در این زمینه. مجلس و راهبرد، 21(78): 177-199.
دهقان، ه.، علیزاده، ا.، 1391. ارزیابی و واسنجی روش‌های‌ مختلف برآورد تبخیر- تعرق گیاه مرجع در شرایط محدودیت داده‌های اقلیمی (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 26(1): 236-250.
دین‌پژوه، ی.، فروغی، م.، 1397. اثر تغییر اقلیم بر تغییرات جهشی تبخیر- تعرق پتانسیل (مطالعه موردی: شمال‌غرب ایران). آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 32(3): 617-632.
رئوف، م.، عزیزی‌مبصر، ج.، 1396. ارزیابی هجده مدل تبخیر تعرق مرجع در شرایط آب و هوایی دشت اردبیل. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 24(6): 227-241.
زارع ابیانه، ح.، سقائی، ص.، ارشاد فتح، ف.، نوذری، ح.، 1393. مدلسازی و پیش بینی تبخیر تعرق گیاه مرجع با سری زمانی (مطالعه موردی: استان کرمانشاه). هواشناسی کشاورزی، 2(1): 45-56.
سامانه نیاز آبی گیاهان کشور، 1401. موسسه تحقیقات خاک و آب. http://niwr.ir/Login.aspx
شرقی، ط.، بری ابرقویی، ح.، اسدی، م.ا.، کوثری، م.، 1389. برآورد تبخیر تعرق گیاه مرجع با استفاده از روش فائو-پنمن-مانتیث و پهنه‌بندی آن در استان یزد. خشک بوم، 1(1): 25-33.
شماعی، ع.، رحمتی تپه رشت، ح.، حاجی تاش نالوس، ش.، کرده، ن.، 1394. تحلیل فضایی نظام شبکه شهری استان کرمانشاه (سال‌های 1375 تا 1390). آمایش محیط، 8(31): 55-76.
عزیزی زهان، ع.، 1395. بررسی اثر سطوح پتاسیم بر افزایش تحمل به خشکی و کارآیی مصرف آب ارقام کلزا در شرایط گلخانه‌ای. گزارش نهایی سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مؤسسه تحقیقات خاک و آب، کرج، 23 ص.
عیسی‌زاده، م.، فاخری‌فرد، ا.، دربندی، ص.، 1401. توسعه شهرک‌های گلخانه‌ای و تاثیر آن بر تراز آب زیرزمینی آبخوان‌های حوضه آبریز آجی‌چای با استفاده از مدل SWAT. هیدروژئولوژی، 7(2): 15-29.
فولادمند، ح.ر.، 1389. پیش‌بینی ماهانه تبخیر تعرق پتانسیل گیاه مرجع در استان فارس. دانش آب و خاک، 20(4): 157-169.
کریمی، م.، شاه‌زیدی، س.، جعفری، ا.، 1398. بررسی تأثیر توپوگرافی بر دفاع سرزمینی مطالعه موردی: محور استراتژیک قصرشیرین-کرمانشاه. اطلاعات جغرافیایی (سپـهر)، 28(109): 239-257.
محمدجانی، ا.، یزدانیان، ن.، 1393. تحلیل وضعیت بحران آب در کشور و الزامات مدیریت آن. روند، 21(66): 117-144.
مدیری، ا.، 1397. برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع (ETo) در ایستگاه‌های سینوپتیک استان تهران. انسان و محیط زیست، 16(3): 125-134.
مرکز آمار ایران، 1399. سال‌نامه آماری کشور 1397. دفتر ریاست، روابط عمومی و همکاری‌های بین‌الملل، تهران، 930 ص.
مظاهری، م.، عبدالمنافی، ن.، 1396. بررسی بحران آب و پیامدهای آن در کشور. مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی، دفتر مطالعات زیربنایی (گروه آب و محیط زیست)، تهران، 30 ص.
موسوی بایگی، م.، عرفانیان، م.، سرمد، م.، 1388. استفاده از حداقل داده‌های هواشناسی برای برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع و ارائه ضرایب اصلاحی (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 23(1): 91-99.
میرموسوی، س.ح.، پناهی، ح.، اکبری، ح.، اکبرزاده، ی.، 1391. واسنجی روش‎های برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع (ET0) و محاسبه‎ی نیاز آبی گیاه (ETc) زیتون در استان کرمانشاه. جغرافیا و پایداری محیط، 2(2): 45-64.
نادریان‌فر، ا.، دلبری، م.، افراسیاب، پ.، کهخامقدم، پ.، 1399. مقایسه فرایندهای مختلف پهنه‌بندی تبخیر تعرق مرجع در ایران. علوم و مهندسی آبیاری، 43(3): 17-31.
وزیری، ژ.، 1374. تعیین تبخیر تعرق گیاه مبنا (چمن) و مقایسه آن با فرمول‌های تجربی. گزارش پژوهشی بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات کشاورزی کرمانشاه، کرمانشاه، 85 ص.
وزیری، ژ.، 1376. تعیین تبخیر تعرق پتانسیل گیاه مرجع (چمن) و مقایسه آن با فرمول‌های تجربی. گزارش پژوهشی بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات کشاورزی کرمانشاه، کرمانشاه، 121 ص.
هژبر، ح.، معاضد، ه.، شکری کوچک، س.، 1393. برآورد تبخیر تعرق مرجع با استفاده از مدل‌های تجربی، مدل‌سازی آن با شبکه عصبی مصنوعی و مقایسه آن‌ها با داده‌های لایسمتری در ایستگاه کهریز ارومیه. مهندسی آبیاری و آب، 4(3): 13-25.
Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith, M., 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements., FAO Irrigation and drainage paper 56. Rome, Italy, 300 p.
Hargreaves, G.H., Samani, Z.A., 1985. Reference Crop Evapotranspiration from Temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1(2): 96–99.
Hunasigi, P., Jedhe, S., Mane, M., Patil-Shinde, V., 2023. Multilayer perceptron neural network based models for prediction of the rainfall and reference crop evapotranspiration for sub-humid climate of Dapoli, Ratnagiri District, India. Acta Ecologica Sinica, 43(1): 154–201.
Ghamarnia, H., Mousabeygi, F., Amiri, S., Amirkhani, D., 2015. Evaluation of a Few Evapotranspiration Models Using Lysimeteric Measurements in a Semi-Arid Climate Region. International Journal of Plant & Soil Science 5(2): 100–109.
Jhajharia, D., Dinpashoh, Y., Kahya, E., Singh, V.P., Fakheri-Fard, A., 2012. Trends in reference evapotranspiration in the humid region of northeast India. Hydrological Processes, 26(3): 421–35.
Jiang, C., Nie, Z., Mu, X., Wang, F., Liu, W., 2016. Potential evapotranspiration change and its attribution in the Qinling Mountains and surrounding area, China, during 1960–2012. Journal of Water and Climate Change, 7(3): 526–41.
Li, Q., Wei, X., Zhang, M., Liu, W., Giles-Hansen, K., Wang, Y., 2018. The cumulative effects of forest disturbance and climate variability on streamflow components in a large forest-dominated watershed. Journal of Hydrology, 557: 448–59.
López-Urrea, R., Martín de Santa Olalla, F., Fabeiro, C., Moratalla, A., 2006. Testing evapotranspiration equations using lysimeter observations in a semiarid climate. Agricultural Water Management, 85(1-2): 15–26.
Mandal, N., Chanda, K., 2023. Performance of machine learning algorithms for multi-step ahead prediction of reference evapotranspiration across various agro-climatic zones and cropping seasons. Journal of Hydrology, 620: 129418.
R Development Core Team, 2008. R: A language and environment for statistical computing, reference index version 2.7.0. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria.
Raoof, M., Fujimaki, H., 2020. Evaluation of evapotranspiration models for model validation in a humid climate in Japan using Faba bean plant. Mitteilungen Klosterneuburg, 70(2): 68-80.
Samani, Z., 2000. Estimating Solar Radiation and Evapotranspiration Using Minimum Climatological Data. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(4): 265–67.
Sumner, D.M., Jacobs, J.M., 2005. Utility of Penman–Monteith, Priestley–Taylor, reference evapotranspiration, and pan evaporation methods to estimate pasture evapotranspiration. Journal of Hydrology, 308 (1-4): 81–104.
Tabari, H., Grismer, M.E., Trajkovic, S., 2013. Comparative analysis of 31 reference evapotranspiration methods under humid conditions. Irrigation Science, 31(2): 107–117.
Trajkovic, S., 2007. Hargreaves versus Penman-Monteith under Humid Conditions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133(1): 38–42.
Trajkovic, S., Kolakovic, S., 2009. Evaluation of Reference Evapotranspiration Equations Under Humid Conditions. Water Resources Management, 23(14): 3057–3067.
Tunalı, U., Tüzel, I.H., Tüzel, Y., Şenol, Y., 2023. Estimation of actual crop evapotranspiration using artificial neural networks in tomato grown in closed soilless culture system. Agricultural Water Management, 284: 108331.
Zhang, D., Liu, X., Hong, H., 2013. Assessing the effect of climate change on reference evapotranspiration in China. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 27(8): 1871–81.
Zhao, W., Liu, B., Zhang, Z., 2010. Water requirements of maize in the middle Heihe River basin, China. Agricultural Water Management, 97(2): 215–223.