علوم و مهندسی آبیاری

علوم و مهندسی آبیاری

توسعه مدل‌های ریاضی برآورد نیاز آبی گندم در پهنه‌های همگن اگروکلیمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
2 محقق، بخش تحقیقات شناسایی خاک و ارزیابی اراضی، مؤسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، ایران.
3 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
4 دکتری گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران،کرج، ایران.
چکیده
با افزایش جمعیت و رشد فزآینده تقاضا برای تولید غذا، فشار بی‌سابقه‌ای بر منابع محدود آب و خاک وارد شده است که این مسئله در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند ایران، مدیریت هوشمندانه منابع آب را به ضرورتی حیاتی تبدیل می‌کند. هدف اصلی این پژوهش، توسعه و ارزیابی مدل‌های ریاضی برای برآورد نیاز آبی تجمعی گندم بر مبنای متغیر مستقل زمان در پهنه‌های همگن اگروکلیمایی (AEZ) در مقیاس ملی است تا ابزاری ساده و دقیق برای برنامه‌ریزی آبیاری فراهم شود. در این راستا، ابتدا پهنه کشور براساس داده‌های تاریخ کشت و طول دوره رشد به 12 پهنه همگن اگروکلیمایی تقسیم شد. در ادامه روند تغییرات زمانی نیاز آبی تجمعی محصول گندم در هر یک از پهنه‌های 12 گانه توسط سه مدل ریاضی لجستیک سه پارامتری، گوسین و چندجمله‌ای مرتبه سوم شبیه‌سازی شد. نتایج ارزیابی مدل‌ها بر اساس شاخص‌های آماری ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) و ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE) نشان داد که هر سه مدل در تمامی کلاس‌های زراعی از دقت بسیار بالایی برخوردار هستند. با این حال، تحلیل‌های فنی نشان داد که اگرچه هر سه مدل دقت آماری مطلوبی دارند، اما مدل لجستیک به دلیل حفظ شکل فیزیکی-بیولوژیکی مناسب در کل طول دوره رشد، نسبت به مدل‌های گوسین و چندجمله‌ای مرتبه سوم، گزینه عملی‌تر و مناسب‌تری برای مدل‌سازی و برآورد پیوسته نیاز آبی گندم در پهنه‌های همگن اگروکلیمایی کشور محسوب می‌شود. این مدل‌ها امکان برآورد دقیق نیاز آبی را در هر بازه زمانی از دوره رشد فراهم کرده و گامی مؤثر در جهت تحقق کشاورزی پایدار و افزایش بهره‌وری آب در مناطق مختلف کشور به شمار می‌روند. همچنین، این مدل‌ها با انطباق بر پهنه‌های اقلیمی دو‌مارتن توسعه‌یافته، امکان پیش‌بینی دقیق نیاز آبی را حتی در صورت جابجایی مرزهای اقلیمی ناشی از تغییر اقلیم فراهم می‌سازند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Development of Mathematical Models for Estimating the Water Requirements of Wheat in Homogeneous Agroclimatic Zones

نویسندگان English

Mina Kazempour 1
Erfan Fazli 2
Khaled Ahmadaali 3
Abdolmajid Liaghat 3
Iman Hajirad 4
1 Master's student, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Research, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.
3 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
4 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

With the rapid growth of the global population and the increasing demand for food production, unprecedented pressure has been exerted on limited water and soil resources. This challenge is particularly critical in arid and semi-arid regions such as Iran, where efficient and intelligent water resources management has become a vital necessity. The main objective of this study was to develop and evaluate mathematical models for estimating the cumulative water requirement of wheat as a function of time within homogeneous agro-ecological zones (AEZs) at the national scale, in order to provide a simple yet accurate tool for irrigation planning. To this end, water requirements were calculated using data from the National Crop and Orchard Water Requirement System based on the FAO Penman–Monteith standard equation. Given the sigmoidal (S-shaped) pattern of cumulative water requirement changes over the growing period, three mathematical models—namely the three-parameter logistic, Gaussian, and third-order polynomial models—were selected and tested across 12 different agricultural classes in the country. Model performance was evaluated using the coefficient of determination (R²), normalized root mean square error (NRMSE), and Nash–Sutcliffe efficiency (NSE). The results demonstrated that all three models exhibited very high accuracy across all agricultural classes. However, further technical analysis revealed that despite their comparable statistical accuracy, the logistic model is more practical and suitable than the Gaussian and third-order polynomial models for continuous modeling and estimation of cumulative wheat water requirements, as it preserves a physically and biologically meaningful form throughout the entire growing period. These models enable accurate estimation of water requirements at any time interval during the growing season and represent an effective step toward achieving sustainable agriculture and improving water use efficiency across different regions of the country.

کلیدواژه‌ها English

Mathematical modeling
cumulative water requirement
growing period length
evapotranspiration
planting date

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 27 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 10 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 13 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 13 خرداد 1405