مقایسه نتایج الگوریتم سبال و داده های هواشناسی در برآورد تبخیر روزانه از سطح آزاد آب (مطالعه موردی سد سلیمان شاه)

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

4 دانشیار، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کردستان، سنندج، ایران

5 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

10.22034/jewe.2021.272172.1510

چکیده

برآورد دقیق تبخیر دریاچه سدها در مدیریت آب مخزن اهمیت زیادی دارد. این عامل باعث شده است در اغلب سدها ایستگاه هواشناسی نصب شود. در ایستگاه هواشناسی میزان تبخیر از سطح دریاچه با استفاده از تشتک تبخیر اندازه‌گیری می‌شود. روش‌های سنجش‌ازدور به هزینه کمی نیاز داشته و قابل‌تعمیم به کل سطح منطقه هستند. در این پژوهش با استفاده ترکیبی از الگوریتم سبال و داده‌های هواشناسی و با استفاده از پنج تصویر ماهواره‌ای لندست 8، میزان تبخیر روزانه از سطح دریاچه سلیمان شاه محاسبه شد. داده های هواشناسی  ثبت شده در ایستگاه واقع در نزدیکی بدنه سد مورد استفاده قرار گرفت.  نتایج به‌دست‌آمده با میزان تبخیر به‌دست‌آمده از روش‌های مختلف مقایسه شد. نتایج نشان داد که از میان روش‌های ترکیبی، روش پنمن کیمبرلی 1996،  از بین سایر روش‌ها، روش بلانی کریدل بیش­ترین همخوانی و روش هنفر با مقادیر R2، RMSE و MAE به­ترتیب برابر 96/0، 78/2 و 66/5 کم­ترین همخوانی را با داده های اندازه گیری شده دارند. نتایج این پژوهش می­تواند در برآورد تبخیر در دیگر مناطق با اقلیم مشابه مورد استفاده قرار گیرد.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of SEBAL Algorithm and Meteorological Data Results in Estimating Daily Evaporation from Free Water Surface (Case Study of Soleimanshah Dam)

نویسندگان [English]

  • Houshang Ghamarnia 1
  • Saeid Nasseri 2
  • Bahman Farhadi Bansouleh 3
  • Ata Amini 4
  • Farhang Sargordi 5
1 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran
2 PhD Scholar, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Assoc. Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran
4 Assoc. Professor, Kurdistan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Sanandaj, Iran
5 Assist. Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Accurate estimation of dam lake evaporation is of great importance in reservoir water management. This factor has led to the installation of meteorological stations in most dams. At the meteorological station, the rate of evaporation from the lake surface is measured using an evaporation pan. Remote sensing methods are cost effective and can be generalized to the whole area. In this study, the daily evaporation rate from the surface of Suleiman Shah Lake was calculated using a combination of SEBAL algorithm and meteorological data and using five Landsat 8 satellite images. The obtained results were compared with the evaporation rate obtained from different methods. The results showed that among the combined methods, Penman Kimberly 1996 method, among other methods, Blanche-Kridel method had the highest agreement and Hafner method had the least agreement with the measured data indicated with R2, RMSE and MAE equal to 0.96, 2.78 and 5.66, respectively. The results of this study can be used to estimate evaporation in other regions with similar climates.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combined methods
  • Energy balance
  • Evaporation
  • Evaporation pan
  • Landsat 8
  • SEBAL Algorithm
Abtew, W., and Melesse,  A. (2012). Evaporation and evapotranspiration: measurements and estimations. Springer Science & Business Media.
Ab-Niroo Consulting Engineers Company. (2004). Studies of the second phase of Soleimanshah Dam - Report on the design of the project [In Persian].
Allen, R. (2003). REF-ET Reference evapotranspiration calculation software for FAO and ASCE standardized equations.
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D.  and Smith, M. (1998). FAO Irrigation and drainage paper No. 56. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations 56(97): e156.
Althoff, D., Rodrigues, L. N., da Silva, D. D. and Bazame, H. C. (2019). Improving methods for estimating small reservoir evaporation in the Brazilian Savanna. Agri. Water Manage. 216, 105-112.
 Ashfaque, A. (1999). Estimating lake evaporation using meteorological data and remote sensing, M.Sc. Dissertation. International Institute for Geo-information and Earth Observation (ITC).
Amini, A., Gharibreza, M., Shahmoradi, B. and Zareie, S. (2019a). Land aptitude for horticultural crops and water requirement determination under unsustainable water resources condition. Environ. Monit. Assess., 191(1) doi:10.1007/s10661-018-7125-1
Amini, A., Kolahchi, A. A., Al-Ansari, N., Moghadam, M. K. and Mohammad, T. (2019b). Application of TRMM precipitation data to evaluate drought and its effects onwater resources instability. Appl. Sci., 9(24) doi:10.3390/app9245377
 Avdan, U. and Jovanovska, G. (2016). Algorithm for automated mapping of land surface temperature using LANDSAT 8 satellite data. J. Sens., 1-8. Doi: 10.1155/2016/1480307
 Bastawesy, M. A., Khalaf, F. I. and Arafat, S. M. (2008). The use of remote sensing and GIS for the estimation of water loss from Tushka lakes, southwestern desert, Egypt. J. Africa. Earth Sci., 52(3), 73-80.
 Bastiaanssen, W. (1995). Regionalization of surface flux densities and moisture indicators in composite terrain. A remote sensing approach under clear skies in Mediterranean climates. PhD Thesis.
 Bou-Fakhreddine, B. Mougharbel, I. Faye, A. and Pollet, Y. (2019). Estimating daily evaporation from poorly-monitored lakes using limited meteorological data: A case study within Qaraoun dam-Lebanon. J. Environ. Manage., 241, 502-513.
 Effendi, I. (2012). Evapotranspiration in dry climate area: Comparing remote sensing techniques with unsaturated zone water flow simulation. M.Sc. Dissertation, University of Twente Faculty of Geo-Information and Earth Observation (ITC).
Ghamarnia, H. Mousabeyg, F. Amiri, S. and Amirkhani, D.  (2015). Evaluation of a few evapotranspiration models using lysimetric measurements in a semi-arid climate region. Int. J. Plant Soil Sci., 5(2), 100-109.
 Hassan, A. Ismail, S. S. Elmoustafa, A. and Khalaf, S. (2018). Evaluating evaporation rate from High Aswan Dam reservoir using RS and GIS techniques. Egypt. J. Remote Sens. Space Sci., 21(3), 285-293.
  Krishna, S. S., Manavalan, P. and Rao, P.  (2014). Estimation of net radiation using satellite based data inputs. Int. Arch. Photogram. Remote Sens. Spatial Inform. Sci., 40(8), 307.
Losgedaragh, S. Z. and Rahimzadegan, M. (2018). Evaluation of SEBS, SEBAL, and METRIC models in estimation of the evaporation from the freshwater lakes (Case study: Amirkabir dam, Iran). J. Hydrol., 561, 523-531.‏
Mhawej, M. Fadel, A. and G. Faour. (2020). Evaporation rates in a vital lake: a 34-year assessment for the Karaoun Lake. Int. J. Remote Sen., 41, 5321-5337.‏
 Mkhwanazi, M. Chavez, J. L. and Andales, A. A.  (2015). SEBAL-A: A remote sensing ET algorithm that accounts for advection with limited data. Part I: Development and validation. Remote Sens., 7(11), 15046-15067.
Mohebzadeh, H. and Fallah, M. (2019). Quantitative analysis of water balance components in Lake Urmia, Iran using remote sensing technology. Remote Sens. Appl. Soc. Environ., 13, 389-400.‏
Rahimpour, M. and Rahimzadegan, M. (2021). Assessment of surface energy balance algorithm for land and operational simplified surface energy balance algorithm over freshwater and saline water bodies in Urmia Lake Basin. Theor. Appl. Climat., 143, 1457-1472.‏
Sadeghi, S. O. M., Ghobadinia, M. and Rahimian, M. H. (2019). Estimation of evaporation from Zayandeh Rood dam lake using SEBAL. J. Water Soil, 33(4), 537-548.
Vicente‐Serrano, S. M., Azorin‐Molina, C.,  Sanchez‐Lorenzo, A., Revuelto, J., Morán‐Tejeda, E., López‐Moreno, J. I.  and Espejo, F. (2014). Sensitivity of reference evapotranspiration to changes in meteorological parameters in S pain (1961–2011). Water Resour. Res., 50(11), 8458-8480.
Waters, R., Allen, R., Bastiaanssen, W., Tasumi, M. and Trezza, R. (2002). SEBAL. Surface Energy Balance Algorithms for Land. Idaho Implementation. Advanced Training and UserManual, Idaho, USA.