تعیین رابطه تبخیر با استفاده از عدد بی‌بعد لوئیس به منظور بهره وری منابع آبی در مدیریت شهری

نوع مقاله : مقاله های برگرفته از رساله و پایان نامه

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد، مشهد، ایران

2 استادیار، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

3 دانشیار، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

تبخیر عامل مهمی در مدیریت منابع آب است و با محاسبه دقیق آن می‌توان راهکارهای مؤثری در جهت کاهش اثرات خشک‌سالی و به‌منظور حفاظت منابع آب اجرا نمود و این امر در برنامه ریزی منابع آبی در راستای بهره وری محصولات کشاورزی بسیار موثر می‌باشد. به دلیل کمبود ایستگاه‌های تبخیر سنجی و عدم وجود آمار کافی از تبخیر، روش‌های تجربی برآورد تبخیر از سطح آزاد مایع توسط محققین مختلف پیشنهادشده است این روابط علاوه بر اصلاح مقدار تبخیر اندازه‌گیری شده از تشت، می‌تواند در مدت‌زمان کوتاه نتایج قابل‌اعتمادتری در تخمین تبخیر از پهنه‌های آبی داشته باشد. در این تحقیق با استفاده از عدد بی‌بعد لوئیس (Le) و بررسی داده‌های ده‌ساله، رابطه‌ی تخمین تبخیر پیشنهاد می‌گردد و با روابط تجربی اسمنی-بشیرنژاد-شهابی 1، جنسن-هیز، استیفنز-استوارت و هامون مقایسه گردید که رابطه پیشنهادی نقاط ضعف روابط تجربی پیشین را رفع و اختلاف فاحش با آن‌ها را اصلاح نمود. تجزیه و تحلیل نتایج با پارامترهای آماری انجام گرفت و کلیه پارامترها بیانگر بهینه بودن رابطه تجربی تحقیق فعلی می‌باشد. آماره‌های RMSE، MAD، MSE، MAPE و ضریب همبستگی (R) رابطه تجربی تحقیق فعلی دارای مقادیر 959/139، 406/107، 615/19588، 615/4 و 42/0 می‌باشد که نسبت به چهار رابطه تجربی دیگر بهبود پیدا کرده و قابل اتکاتر می‌باشد. نکته قابل توجه در نتایج بدست آمده از این تحقیق استفاده از عدد بی بعد لوئیس است که علاوه بر سادگی، پیش‌بینی منحصر به فردی نسبت به سایر روشها را دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determining the Relationship of Evaporating by the Use of Lewis Dimensionless Number for Water Resources Efficiency in Urban Management

نویسندگان [English]

  • Kazem Bashirnezhad 1
  • Maziar Asmani 1
  • Peyman Bashi shahabi 2
  • Iman Zahmatkesh 3
  • Seyed Mahmood Abolhasan Alavi 2
1 Razavi Khorasan Province, Mashhad, Kuy-e-Honar, Ostad Yousefi Boulevard
2 Assistant Professor ,Department of Mechanics, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
3 Associate Professor ,Department of Mechanics, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Evaporation is an important factor in water resource management and its accurate measurement can be used as an effective approach to reduce the adverse impacts of drought and protect water resources. Due to the lack of sufficient evaporimeter stations and statistical evaporation data, different experimental methods for evaporation estimation from the free surface of a liquid were proposed by various researchers. In addition to correcting the measured evaporation from the pan, these equations could generate more reliable estimates of evaporation from water zones in a short period. This study used the Lewis number (Le) and analyzed a ten-year dataset to propose an equation of evaporation estimate and compared it with some experimental equations, namely Asmani-Bashirnejad-Shahabi 1, Jensen-Haze, Stephens-Stewart, and Hamoon. The results indicated that the proposed equation could overcome the weaknesses of previous experimental equations and correct its major difference with them. The analysis of results was done using statistical parameters and all parameters confirmed that the proposed equation was optimal. The MAPE, MSE, MAD, RMSE, and correlation coefficient (R) of the proposed equation were, respectively, 139. 959, 107. 406, 19588. 615, 4. 615, and 0. 42, indicating higher reliability of the proposed method than other four experimental equations. A noteworthy point in the results is the use of Lewis dimensionless number, which not only is easy to use but also provides a unique prediction compared to other methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water zones
  • Lewis dimensionless equation
  • Evaporation
  • Experimental method
  • Urban Management

مراجع

امیدوار، ا.، مهریار، ر.، مهدوی، ا. (1392). ارزیابی فرض عدد لوئیس واحد در مدلسازی رفتار تبخیری قطرات آب و سوخت، نشریه علمی- پژوهشی سوخت و احتراق شماره ششم، جلد شماره اول، بهار و تابستان 1392.
بیدآبادی، م.، بابازاده، ح.، سرائی تبریزی، م. (1398). ارزیابی نیاز آبی پتانسیل گیاهان(مطالعه موردی: سایت دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران)، مجله محیط زیست و مهندسی آب، جلد 5، 36-46.
توکلی، ا.، قهرمان، ب.، داوری، ک.، انصاری، ح. (1392). برآورد تبخیر و تعرق در شرایط کمبود داده (مطالعه موردی: استان خراسان شمالی)، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال 17، شماره 62، 33-45.
دانشکار آراسته، پ.، تجریشی، م.، میرلطیفی، س. م. (1386). بررسی اثر سرعت وزش باد بر تبخیر از سطح مخزن چاه نیمه سیستان به روش دالتونی، فصلنامه علمی پژوهشی شریف، شماره 37، 13.
سالاریان، م.، نجفی، م.، داوری، ک.، اسلامیان، س. س.، حیدری، م. (1392). مناسب‌ترین روش برآورد تبخیر تعرق پتانسیل در شرایط کمبود داده‌‌های هواشناسی در ماه‌‌های گرم و سرد سال. مطالعه موردی شهرستان اصفهان، نشریه آبیاری و زهکشی ایران شماره 8، 62-73.
سبزی پرور، ع.، تفضیلی، ف.، زارع ابیانه، ح.، بانژاد، ح.، موسوی بایگی، م.، غفوری، م.، محسنی موحد، ا. ا.، و مریجانی، ز. (1387). مقایسه چند مدل برآورد تبخیر تعرق گیاه مرجع در یک اقلیم سرد نیمه خشک، به منظور استفاده بهینه از مدل‌‌های تابش، آب و خاک، جلد 22، شماره 2، 329-339.
ظهوریان پردل، م.، جوانمردی، م.، مکاری، م. (1394). تاثیر شرایط اقلیمی بر کشت گندم در شهرستان دزفول، فصلنامه علمی-پژوهشی جغرافیا(برنامه ریزی منطقه‌ای) / سال پنجم / شماره چهار، 25-34
علیزاده، و.، و شریفیان، ح. (1388). ارزیابی روش‌‌های دمایی و تشعشعی در برآورد حداکثر تبخیر-تعرق با احتمالات مختلف (مطالعه موردی: منطقه گرگان)، آب و خاک، جلد 23، شماره 3، 1-9.
فولادمند، ح. ر.، و صالونی، م. (1393). اصلاح معادله جنسن-هیز برای تخمین تعرق در استان فارس، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال چهارم، شماره شانزدهم، 94-103.
قبادیان، ر.، یعقوبی، م.، طالب حیدری، م. (1387). تهیه مدل پیش‌بینی تبخیر از سطح آزاد در محدوده شهر کرمانشاه با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و مقایسه با روابط تجربی موجود، در سومین کنفرانس مدیریت منابع آب، تهران.
مدیری، ا.،براری تاری، د.، امیری، ا.، نیک نژاد، ی.، فلاح، ه.، خزایی، م. (1397). ارزیابی و برآورد میزان تبخیر و تعرق گیاه برنج در استان‌های مالی کشور، فصلنامه علمی-پژوهشی جغرافیا(برنامه ریزی منطقه‌ای) / سال نهم / شماره یک، 561-572
معروفی، م. ش. و. ص. (1390). مقایسه چند روش برآورد تبخیر روزانه از تشت- مطالعه موردی منطقه کرمان، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک / سال پانزدهم / شماره پنجاه و پنجم، 69-83.
نجفوند دریکوندی، م.، اسلامی، م. (1398). مقایسه روشهای تجربی برآورد تبخیر از سطح آزاد آب، دو فصلنامه علمی تخصصی آب، ص 66.
یزدانی، و.، قهرمان، ب.، داوری، ک. (1390). تعیین بهترین روش تجربی برآورد تبخیر از سطح آزاد آب در اراضی شالیزاری آمل بر پایه آنالیز حساسیت و مقایسه آن با نتایج شبکه عصبی، پژوهش آب ایران، 40-56.
Al-Shalan, A. A. M. A. S. (1987). Evapotranspiration estimation in extremely arid areas, J. Irrig. Drain. Eng., pp. 565-574.
Asmani, M., K. Bashirnezhad, and P. BashiShahabi, Determining the Empirical Equation for Estimating the Evaporation from Open Water Surfaces. International Journal of Future Generation Communication and Networking, 2020. 13(4): p. 1091–1103.
Baptista da Silvia, A. C. S., Bellini da Cunha Neto, J. A., Lamberts, R. (2005). Computer Simulation of Evaporative Cooling of Buildings by Water Spray Vaporization, Ninth International IBPSA Conference, Montreal, Canada.
Birge, R. (1941). The general physical constants; as of August 1941with detail on the velocity of light only., Reports on progress in physics,8, pp. 90-134.
Clayton, L. H. (1989). Prediction of class A pan evaporation in south Idaho, J. Irrig. Drain. Eng. ASCE, 115(2), pp. 166-171.
Collin, A., Boulet, P., Parent, G., Vetrano, M. R., Buchlin, J. M. (2008). Dynamic and Thermal Behaviour of Water Sprays, International Journal of Thermal Sciences, 47, pp. 399-407.
Fooladmand, H. (2012). Comparing reference evapotranspiration using actual and estimated sunshine hours in south of Iran, Afric. J. Agric. Res. 7(7), pp. 1164-1169.
Goel, A. (2009). Application of SVMs Algorithms for Prediction of Evaporation in Reservoirs, World Environmental and Water Resources Congress.
Guye, P. (1917). Sur les variations de la densite de l'air et la loi de Loomis-Morley, J. Chim,phys,, 15, pp. 561-576.
Hamon, W. R. (1963). Computation of direct runoff amounts from storm rainfall, Int Assoc Sci Hydrol Publ 63, p. 52-62.
Jensen, M. A. H. (1963). Estimating evapotranspiration from solar radiation, Irrig. Drain ASCE 89, pp. 15-41.
Kim, S., Ryou, H. (2003). An Experimental and Numerical Study on Fire Suppression using a Water Mist in an Enclosure, Buildng and Environment, 38, pp. 1309-1316.
Kouchakzadeh, M., Bahmani, A. (2005). Assessment of artificial neural networks revenue in reducing required parameters for estimation of reference evapotranspiration, J Agri. Sci, (4)11, pp. 87-97.
Li, Y. F., Chow, W. K. (2008). Study of Water Droplet Behavior in Hot Air Layer in Fire Extinguishment, Fire Technology, Fire Technology, 44, pp. 351-381.
M., A. A., A. F., Vazifedoust, M. (2015). Estimating Evaporation from Lakes and Reservoirs, Water Resour Manage, pp. 1025-1047.
Montgomery, R. B. (1947). Viscosity and Thermal Conductivity of Air and diffusivity of Water Vapor in Air, Journal of Meteorology,4, pp. 193-197.
Rahimi Khoob, A., Seyyed Behbahani, M., Nazarifar, M. (2006). Evaluation of using minimum meteorological data for Penman Montieth equation-Case study Khuzestan provine, J Agri. Sci, 3(12), pp. 591-600.
Rosenberry, D. D. S. C. T. a. M. M. (2004). Comparison of 13 equations for determining evapotranspiration from a prairie wetland, Cottonwood lake area, north Dakota, USA, Wetland Sci. 24(3), pp. 483-497.
Sentelhas, P., Gillespie, T., Santos, E. (2010). Evaluation of FAO Penman Monteith and alternative methods for estimating reference evapotranspiration with missing data in Southern Ontario, Canada, Agricultural Water Management, 97, pp. 635-644.
Shirai, K., Matsui, S., Shinjo, A. (1971). On the Temperature Change of Sprayed Water Drops Ι: Theoretical Study, Transaction of the Japanese Society of Irregation, Drainage and Reclammation Engineering, 35, pp. 24-29.
Shirai, K., Matsui, S., Shinjo, A. (1971). On the Temperature Change of Sprayed Water Drops ΙΙ: Experimental Study, Transaction of the Japanese Society of Irregation, Drainage and Reclammation Engineering, 35, pp. 30-35.
Stephens, S. E. JC. (1963). A comparison of procedures for computing evaporation and evapotranspiration, Publication 62, International association of scientific hydrology. International Union of Geodynamics and, pp. 123-133.
Sudheer, K. (2000). Modeling hydrological processes using neural computing technique. PhD thesis, Indian nstitute of Technology, Delhi.
Xing, Z., Chow, L., Meng, F., Rees, H., Stevens, L., Monteith, J. (2008). Validating evapotranspiration equations using Bowen Ratio in New Brunswick,Maritime Canada. Sensors, 8, p. 412-428.
Yanli, L., Jianyun, Z., Guoqing, W., Gaoxu, W., Junliang, J., Cuishan, L., Sicheng, W., Ruimin, H. (2020). How do natural climate variability, anthropogenic climate and basin underlying surface change affect streamflows? A three-source attribution framework and application, Journal of Hydro-environment Research, 28, pp. 57-66.
Yao, C. I. H. (2005). Determining spatially-distributed annual water balances for ungauged locations on, Hydrol Sci J 50, p. 245-263.
Yoshida, T., Hyodo, T. (1970). Evaporation of Water in Air, Humid Air and Superheated Steam, Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 2, pp. 207-214.
فصلنامه جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای)
دوره 11، شماره 45
دی 1400
صفحه 916-928

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار