برآورد رطوبت سطحی خاک و بررسی برنامه ‏ریزی آبیاری اراضی نیشکر با استفاده از مدل ذوزنقه حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 رئیس اداره سنجش از دور و GIS، مؤسسه تحقیقات و آموزش توسعه نیشکر، اهواز، ایران

2 دانشیار گروه سنجش از دور و GIS، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، ایران

3 استاد گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران

چکیده

رطوبت خاک یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات منابع آب و برنامه‏ریزی دور آبیاری می‏باشد. اندازه‏گیری رطوبت خاک در مقیاس کلان کاری بسیار زمان‏بر و پر هزینه است. روش‏های سنتی اندازه‏گیری رطوبت خاک در سطح مزرعه نمی‏توانند تغییرات مکانی رطوبت را به بهترین صورت نشان دهند. روش‏های نوین مختلفی در خصوص استفاده از داده‏های ماهواره‏ای جهت مدل‏سازی رطوبت خاک مبتنی بر تصاویر حرارتی توسعه داده شده‏اند. این پژوهش در سال 1399 با هدف بررسی توانایی تصاویر ماهواره‏ای حرارتی در برآورد رطوبت خاک و برنامه‏ریزی آبیاری اراضی کشت و صنعت نیشکر امیرکبیر واقع در جنوب استان خوزستان انجام شد. به‏همین‏منظور در فصل داشت نیشکر درصد رطوبت خاک برای 9 گذر ماهواره لندست 8 محاسبه شد و با استفاده از تعداد 180 نقطه کنترل زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت، همچنین به منظور بررسی ارتباط رطوبت خاک با زمان آبیاری مزارع، اطلاعات روزانه آبیاری 32 مزرعه طی دوره مورد مطالعه ثبت شده بود استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان داد، دقت مدل در برآورد رطوبت خاک با مقادیر اندازه‏گیری شده در سطح مزرعه مناسب است. به‏طوری‏که جذر میانگین مربعات خطا نرمال شده (NRMSE) برابر 12/9 درصد و ضریب تبیین (R²) برابر 0/82 حاصل شد. همچنین نتایج رطوبت خاک در مدیریت آبیاری مزارع نیشکر نشان داد، این مدل به‏دلیل استفاده از باند حرارتی به عوامل محیطی از جمله درصد رطوبت نسبی هوا، دمای هوا و آفت مؤثر است. به‏طوری‏که (NRMSE) با تنش رطوبتی خاک برابر 32/24‏%، زمان آبیاری برابر 20/22‏%، رطوبت متوسط برابر 7/11‏%، رطوبت بالا برابر 20/13‏% و در حال آبیاری برابر 86/8‏% بدست آمد. در نتیجه، دقت مدل ذوزنقه حرارتی جهت برنامه‏ریزی آبیاری مزارع در برآورد تنش رطوبتی خاک و زمان آبیاری مزرعه در برخی از فصل رشد نیشکر متوسط است و برآورد مزارعی که دارای رطوبت مناسب (در حد ظرفیت زراعی)، رطوبت بالا (اشباع) و در حال آبیاری، دقت مناسب می‏باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of soil surface moisture and planning of sugarcane irrigation using thermal trapezoidal model

نویسندگان [English]

  • Jamal Mohammadi Moalezade 1
  • سعید Hamzeh 2
  • atefeh sayadi shahraki 3
1 Head of Remote Sensing and GIS Office, Sugarcane Development Research and Training Institute, Ahvaz, Iran
2 Associate Professor, Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Geography, University of Tehran, Iran
3 Professor, Department of Irrigation and Drainage, Faculty of Water Science Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Soil moisture is one of the key parameters in water resources studies and irrigation remote planning. Measuring soil moisture on a large scale is very time-taking and costly. Traditional methods of measuring soil moisture at farm level cannot show the spatial changes of moisture in the best way. Various new methods have been developed to use satellite data to model soil moisture based on thermal images. This study was conducted in 2020 with the aim of investigating the ability of thermal satellite imagery to estimate soil moisture and to plan irrigation rounds of land irrigation and sugarcane industry of Amirkabir located in the south of Khuzestan province. For the purpose of sugarcane season, soil moisture content was calculated for 9 crossings of Landsat 8 satellite and evaluated using 180 ground control points, and also daily irrigation data of 32 farms 25 hectare were recorded during the study period. The results showed that the accuracy of the model is suitable for estimating soil moisture with the measured values at the farm level. The mean square error root (RMSE) was 4.45%, the mean square root of normalized error (NRMSE) was 12.9% and the coefficient of explanation (R²) was 0.82. Also, the results of soil moisture in planning the irrigation round of sugarcane fields showed that the thermal trapezoidal model is effective due to the use of thermal bands to environmental factors such as relative air moisture percentage, average air temperature, pest (leaf dryness) and plant temperature, which causes errors in irrigation planning of sugarcane fields. The mean square root of normalized error (NRMSE) for soil moisture stress class was 24.32%, irrigation time class was 22.20%, average moisture class was 11.7%, high moisture class was 13.20% and irrigation class was 8.86%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Irrigation planning
  • Thermal trapezoid
  • Soil moisture
  • Remote sensing
  • Sugarcane