fao penman monteith yönteminin türkiye`de sulama projelerinde
Transkript
fao penman monteith yönteminin türkiye`de sulama projelerinde
FAO PENMAN MONTEİTH YÖNTEMİNİN TÜRKİYE’DE SULAMA PROJELERİNDE UYGULANMASINA GEÇİŞ PROJESİ 1 2 M. Sait TAHMİSCİOĞLU ,Dr Naili ÖZER , Özlem YILDIZ 3 1 2 Çınar Mühendislik Müşavirlik A.Ş. , Ankara TEMELSU Uluslararası Mühendislik Hizmetleri A.Ş, Ankara 3 DSİ Genel Müdürlüğü, Ankara ÖZET Bilindiği üzere bitki su tüketimi iki kısımdan oluşmaktadır. Toprak yüzeyinden olan buharlaşma (evaporasyon) ve bitkilerin yapraklarından terleme yoluyla olan buharlaşma (transpirasyon). İki şekilde olan su kaybı birleştirilerek evapotranspirasyon olarak adlandırılmıştır. Bitki su ihtiyacı miktarı konusunda en kesin sonuç verecek yöntem, tartışmasız tarla denemeleri ile su ihtiyaçlarının belirlenmesidir. Ancak, bir sulama projesinin geliştirilebilmesi için sonuçlanması uzun süre gerektiren tarla deneme çalışmalarının sonuçlarının beklenmesi mümkün olmadığından çeşitli hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Teşkilatı (FAO), sulama projelerine yardımcı olmak üzere bitki su ihtiyacını belirlemek amacıyla, en az hata veren geliştirilmiş Penman-Monteith yöntemini önermiştir. DSİ tarafından gerçekleştirilen proje kapsamında; FAO Penman-Monteith yönteminde referans bitki olarak, 0,12 m yüksekliğinde, toprak yüzeyini tamamen örten, su stresi olmayan, eşit boylu, yüzey direnci 70 s/m, albedo değeri (ışığı yansıtma değeri) 0,23 olan çim bitkisi seçilmiştir. Tarla bitkileri çimden, toprak yüzeyindeki yayılımları, yaprak büyüklüğü, rüzgar direnci, albedo vb. özellikleriyle ayrılırlar. Bu özelliklerin her bitki için hesaplanması zor olduğu için ilk önce referans bitki için hesaplamaların yapılması daha uygun bulunmuştur. Referans bitki su tüketim değerleri, her bitki için belirlenen su tüketim katsayıları (Kc) ile çarpılarak, o bitkiye ait su tüketimi değeri belirlenir. kc değerleri bitki karakteristiklerine göre değişiklik gösterdiği için, farklı iklim bölgelerinde kc’nin standart değerleri dönüştürülebilmektedir. kc değerini belirleyen karakteristikler, bitkinin türü, boyu, yaprak yüzeyi genişliği, büyüme tarihleri ve gelişme safhaları ile iklim parametreleridir. Ülkemizde Sulama Projelerinin planlama ve işletme safhalarında hesaplanacak bitki su ihtiyacının FAO Penman-Monteith Yöntemi ile belirlenmesi için gerekli alt yapının oluşturulması amacıyla Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ) ve Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü (TAGEM ) arasında yapılan protokol imzalanmış olup gerekli çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda FAO’nun bu yöntem için geliştirdiği FAO-56 no’lu yayın esas alınmıştır. FAO Penman-Monteith yöntemine göre referans bitki su tüketimini (ETo), hesaplayabilmemiz için gerekli olan iklim verilerine sahip 256 adet meteoroloji istasyonu tespit edilmiştir. Bu meteoroloji istasyonlarının son 30 yıla ait (1981-2010) maksimum sıcaklık, minimum sıcaklık, ortalama rüzgar hızı, ortalama bağıl nem ve güneşlenme süresi değerlerine göre ETo (referans bitki su tüketimi) değerleri hesaplanmaktadır. Çalışmalarda günlük iklim verileri ile hesaplamalar yapılmakta olup, neticeler 10 günlük ve aylık olarak belirtilmektedir. Çalışmalarda esas alınan FAO-56 no’lu yayında çeşitli tarım ürünlerine ait gelişme dönemi uzunlukları ve kc (bitki su tüketim katsayısı) değerleri yer almaktadır. Daha doğru neticeler elde edebilmek için, yapılan çalışmalarda bitkilerin büyüme tarihleri ve gelişme dönemi uzunluklarına ait bilgiler, DSİ ve Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığına bağlı Araştırma Enstitülerince yapılan çalışmalar sonucu elde edilmiştir. Bu çalışma neticesinde 256 adet meteoroloji istasyonuna ait, yaklaşık olarak 10000 adet bitkinin gelişme dönemi uzunlukları tespit edilmiştir. FAO-56 no’lu yayında yer alan tarım ürünlerine ait kc değerleri, bitkinin yetiştirileceği bölgenin ilgili iklim verileri ile düzeltilerek, her proje yeri için yeni kc değerleri hesaplanmaktadır. Proje kapsamında Ankara üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü tarafından, yapılan çalışmaların koordinasyon ve kontrolü sağlanmıştır. İlgili personellere gerekli eğitimler verilmiş olup, hesaplamalar ve yazılımla ilgili çalışmalar yapılmıştır. FAO Penman-Monteıth yöntemine göre bitki su ihtiyacını hesaplayacak olan bilgisayar yazılımı DSİ tarafından hazırlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Referans bitki su tüketimi, bitki katsayısı, FAO Penman-Monteith Yöntemi. 1 1. GİRİŞ Potansiyel evapotranspirasyon, havzaların su bütçelerinin yapımında, ekosistem modellerinin oluşturulmasında ve biyolojik süreçlerin anlaşılmasında önemli bir faktördür. Tarımsal sulama projelerinin yapılabilmesi için, yetiştirilmesi planlanan bitkilerin su tüketim miktarlarının bilinmesi gerekmektedir. Bitki su tüketimi genel olarak evapotranspirasyon kelimesiyle ifade edilmektedir. Bitki su ihtiyacının sağlıklı olarak belirlenmesi bir sulama projesinin en önemli konusudur. Çünkü sistemdeki depolama, iletim yapılarının kapasiteleri ve sulama alanının genişliği bu değere göre projelendirilip, inşa edilmektedir. Bitki su ihtiyacı miktarı konusunda en kesin sonuç verecek yöntem, tartışmasız tarım alanında yapılacak deneysel bir çalışma ile su ihtiyaçlarının belirlenmesidir. Ancak, bir sulama projesinin geliştirilebilmesi için sonuçlanması uzun süre gerektiren tarla deneme çalışmalarının sonuçlarının beklenmesi mümkün olmadığından çeşitli hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir. Türkiye’deki sulama projelerinin planlanması ve projelendirilmesinde uzun yıllar Blaney Criddle Yöntemi uygulanmakta idi. Ancak Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Teşkilatı (FAO), sulama projelerinin geliştirilmesinde kullanılması amacıyla bitki su ihtiyacının belirlenmesi için, önerilebilecek tek ve standart yöntemin FAO Penman-Monteith yöntemi olduğunu 1990 yılında belirtmiştir. Bugüne kadar yeterli bir veri tabanı oluşturulamadığı için yöntem Türkiye’deki projelerde uygulanamamıştır. Bu çalışma ile Türkiye’de yetiştirilen bitkiler için geliştirilmiş Kc katsayıları 256 meteoroloji istasyonu verileri kullanılarak belirlenmiş ve DSİ tarafından geliştirilen bir yazılım ile sulama projeleri için bitki su ihtiyaçları Türkiye’nin her noktası için FAO Penman-Monteith yöntemi ile hesaplanabilir hale gelmiştir. 2. FAO PENMAN-MONTEİTH YÖNTEMİ Bu yöntem diğer tüm yöntemlerin eksiklerini gidermekte ve gerçek bitki su tüketimi ile ilgili olarak tüm dünyada toplanan verilerle uyumlu ve istikrarlı sonuç vermektedir. Orijinal Penman-Monteith eşitliği ile aerodinamik ve yüzey direnç eşitliklerinin kombine edilmesiyle elde edilen FAO Penman-Monteith eşitliği aşağıda verilmiştir. ETO 900 u2 (es ea ) T 273 (1 0.34u2 ) 0.408( Rn G) Eşitlikte: ETO = referans evapotranspirasyon[mm gün-1] Rn bitki yüzeyindeki net radyasyon[MJ m-2 gün-1] G toprakta ısı akımı yoğunluğu[MJ m-2 gün-1] T Günlük ortalama sıcaklık ( 2 m yüksekte, oC) u2 rüzgar hızı ( 2 m yüksekte, m s-1) es doygun buhar basıncı [kPa] ea mevcut buhar basıncı [kPa] es - ea doygun buhar basıncı noksanlığı[kPa] Δ buhar basıncı kurvesinin eğimi [kPa oC-1] γ saykrometrik sabite [kPa oC-1] FAO Penman-Monteith Yönteminde referans bitki su tüketimleri genel olarak aşağıdaki veriler kullanılarak hesaplanmaktadır. 2 Tablo 1: FAO Penman-Monteith Yönteminde Kullanılan Veri, Sembol ve Birimler VERİLER SEMBOL VE BİRİM Maksimum sıcaklık Tmax; ºC Minimum sıcaklık Tmin; ºC Bağıl nem RH; % Rüzgar hızı U;m/s Güneşlenme süresi saat Güneşlenme şiddeti cal/cm²;MJ m day Net Radyasyon Rn; MJ /m².d Net kısa dalga radyasyon Rns; MJ /m².d Gün uzunluğu N; h Extraterrestrial radyasyon Ra; MJ /m².d Güneşlenme süresi n; h Solar katsayı Gsc; 0,082 Güneşle dünya arasındaki göreceli mesafe dr; radian Gün batımı saat açısı ws;radian Enlem derecesi φ;radian İstenilen güne ait güneş açısı δ; radian Net Uzun dalga Radyasyon Rnl; MJ /m².d Minimum ve maksimum mutlak sıcaklık değerleri σTmaxK4 , σTminK4 ; kelvin Stephan Boltzman katsayısı σ ; 4,903*È(-9) Minimum ve maksimum sıcaklıklardaki doygun buhar basıncı eº(Tmin),eº(Tmax); °C Solar Radyasyon Rs; MJ /m².d Açık(bulutsuz) havadaki radyasyon Rso; MJ /m².d Gerçek buhar basıncı ea ; kPa Doygun buhar basıncı es;kPa Minimum ve maksimum sıcaklıklardaki doygun buhar basıncı e°(Tmin), e°(Tmax); °C Ortalama sıcaklık Tort; °C Atmosfer basıncı P;kPa Rüzgar hızı (2m) U2; m/s Doygun buhar basıncı eğimi Δ; kPa/°C Atmosfer basıncına göre değişen katsayı(psychrometric constant) Ɣ; kPa/°C Referans evapotranspirasyon ETo ; mm/d -2 -1 3. YAPILAN ÇALIŞMALAR Türkiye’deki sulama projelerinin tasarımında uzun yıllar Blaney-Criddle Yöntemi uygulanmakta idi. DSİ VE TAGEM arasında 2013 yılında imzalanan protokol ile ülkemiz su kaynaklarının yönetiminin daha doğru ve sürdürülebilir olması için sulama projelerinin planlama, tasarım ve işletme safhalarında kullanılan 3 bitki su ihtiyaçları miktarlarının, FAO Penman-Monteith Yöntemiyle hesaplanması için gerekli olan alt yapının oluşturulması amaçlanmış olup, DSİ Genel Müdürlüğü’nde de bu yöntemin uygulanması amacıyla 2012 yılında çalışmalara başlanmıştır. Yapılan çalışmalar aşağıdaki şekilde özetlenebilir; 3.1 FAO Penman Monteith yöntemine göre referans bitki su tüketiminin hesaplanabilmesi için gerekli olan iklim verilerine (maksimum ve minimum sıcaklık, bağıl nem, rüzgar hızı ve güneşlenme süresi) sahip meteoroloji istasyonları arasından istenilen süre (1981-2010, 30 yıl) ve doğrulukta veriye sahip olan (256 adet) tespit edilmiş ve gerekli düzeltmeler yapılmıştır. 3.2 Aşağıda açıklandığı şekilde referans bitki olarak çim kabul edilmiş ve buna göre tarımı yapılan bitkilerin bitki katsayıları(Kc) belirlenmiştir. Kc değeri her bitki için farklılık gösteren, bitki karakteristikleri ve topraktan ortalama buharlaşmanın birleşiminden etkilenen bir katsayıdır ve bitkinin cinsi, boyu, büyüme devreleri, yağış ve toprak faktörlerine bağlı olarak değişir. Şekil 1: Bitki Gelişme Devreleri ve Kc Değerleri FAO-56 no’lu yayında çeşitli kültür bitkilerinin genelleştirilmiş bitki gelişme dönemi uzunlukları ve Kc değerleri yer almaktadır. Ülkemizin farklı yörelerinde kullanılabilecek bitki gelişme dönemleri ve uzunluklarına ait bilgiler, Tarım Bakanlığına bağlı Araştırma Enstitülerince yapılan çalışmalarla belirlenmiştir. Bu çalışmalarda FAO-56 no’lu yayında önerilen yöntemlerle, iklim ve toprak durumu gibi faktörler dikkate alınmıştır. Başlangıç dönemi Kc değeri; bu döneme ait referans bitki su tüketimi, yağış aralığı ve her yağışta düşen yağış miktarı (I) değerleri tespit edilerek aşağıda verilen eşitlikle hesaplanmıştır. Orta dönem Kc değeri(Kc mid); döneme ait minimum bağıl nem (Rhmin) ;ortalama rüzgar hızı (u2) ve bitki boyu (h) tespit edilerek aşağıda belirtilen eşitliğe göre hesaplanmıştır. Son dönem Kc değeri(Kc end); bu döneme ait minimum bağıl nem(Rhmin), ortalama rüzgar hızı(u2) ve bitki boyu tespit (h) edilerek aşağıda belirtilen eşitliğe hesaplanmıştır. 3.3- DSİ ve TAGEM‘de konuyla ilgili olarak çalışan mühendislere, Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığına ait Menemen ve Ilgaz’da bulunan eğitim tesislerinde, evapotranspirasyon, bitki gelişim dönemleri ve bitki katsayıları konularında eğitimler verilmiştir. 4 3.4- Bu çalışmalar sonucunda ülkemizde yetiştirilen bitkilerin, ihtiyaç duydukları toplam sıcaklık değerini temel alarak çalışan büyüme-derece-gün yöntemine göre, yetiştirildikleri yörelere ait ekim ve hasat tarihleri ile gelişme dönemlerine ait süreler belirlenmiştir. 3.5- FAO’nun 56 no’lu yayınında belirlenen yöntemlere göre çeşitli bitkilere ait kc (bitki su tüketim katsayısı) değerleri, sulama alanında yetiştirilecek bitkilere ait veriler ve iklim verileri, geliştirilen bilgisayar programı yardımıyla düzeltilerek proje yerine uygun hale getirilmektedir. 3.6- Bitki su tüketimini Penman-Monteith Yöntemine göre bilgisayar ortamında hesaplayabilmek için gerekli olan yazılım, DSİ Genel Müdürlüğü Teknoloji Dairesi Başkanlığı tarafından yapılmaktadır. Yazılımın iklim verileri ve bitkisel veriler ile ilgili olan bölümleri büyük ölçüde tamamlanmış olup, toprak verileri ile ilgili olan bölümünün çalışmaları devam etmektedir. Aşağıdaki tabloda çeşitli iller için FAO Penman Monteith yöntemi ile hesaplanmış ETo değerleri verilmiştir. ETo (REFERANS EVAPOTRANSPİRASYON) 1600 1400 1200 1000 14091405 13121294 11931177 111811001090 107710651056 1001971 958 954 936 933 904 888 881 880 848 827 800 759 701 600 400 200 RİZE KASTAMONU BAFRA AĞRI SİNOP KANGAL KIZILCAHAMAM ERZURUM GÜMÜŞHANE BURSA LÜLEBURGAZ IĞDIR ESKİŞEHİR DOĞUBEYAZIT KONYA ADANA EMİRDAĞ VAN MALATYA BATMAN AYDIN ÖDEMİŞ Ş.URFA ANTALYA CEYLANPINAR DİYARBAKIR 0 Grafik 1: Çeşitli İllerdeki Projeler İçin Hesaplanmış Eto Değerleri 4. DEVAM EDEN ÇALIŞMALAR 4.1- Mart 2015 tarihinde konuyla ilgili olarak İstanbul’da yapılan “Türkiye’nin Su Bütçesinin Belirlenmesi Çalıştayı”na, Penman Monteith yönteminde rehber olarak kullanılan FAO 56 no’lu yayının editörü Dr. R.G.ALLEN‘da katılmış olup konuyla ilgili olarak önerilerde bulunmuştur. Bu öneriler doğrultusunda iklim verilerinin yeniden analizi ile ilgili gerekli çalışmalar, 19 Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi akademisyenleri tarafından yapılmakta olup, çalışmalar halen devam etmektedir. 4.2- FAO 56 No’lu yayında yer almayan bitkilerin bitki katsayısı değerlerini eşdeğer bitkilere göre belirlenmesi DSİ ve Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi akademisyenlerinin ortak çalışmaları ile devam etmektedir. 4.3- Toprak nem parametrelerinin bilgisayar yazılımına eklenmesi çalışmaları kurumumuzca devam ettirilmektedir. 5 4.4- Bilgisayar yazılımı tamamlandıktan sonra programın doğruluğunu test edebilmek için çeşitli iklim bölgelerinde yer alan sulamalara ait çalışmalar yapılarak neticeler kontrol edilecektir. 4.5- Bilgisayar yazılımının doğruluğunun kontrolü tamamlandıktan sonra, yöntemin tekniği ve yazılımın kullanımı ile ilgili olarak DSİ Genel Müdürlüğüne bağlı Bölge Müdürlüklerinde konu ile ilgili çalışacak personelimize eğitim verilmesi planlanmaktadır. 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Aşağıda, Türkiye’deki sulama projelerinde bitki su ihtiyacının hesaplanabilmesi için geliştirilen veri tabanları kullanılarak FAO Penman-Monteith yöntemine için geliştirilen yazılımı çalıştırılarak bulunan Kc değerleri, çeşitli bitkilere ve yörelere ait bitki su tüketimleri grafikler halinde verilmiştir. Ayrıca BlaneyCriddle yöntemi ve FAO Penman-Monteith yöntemi sonuçlarının karşılaştırılabileceği bir grafik verilmiştir. 1,4 1,25 1,21 1,2 1,19 1,2 1,18 1,15 1,14 1,09 1,07 kcini 1 0,8 0,6 0,4 0,64 0,51 0,49 0,45 0,41 0,4 0,39 0,38 0,37 0,37 0,350,35 0,34 0,31 0,28 0,330,26 0,27 0,2 0 Grafik 2: Ülkemizde Çeşitli İklim Bölgelerinde Yetiştirilen Ayçiçeği Bitkisine Ait Kc Değerleri PAMUK SU TÜKETİMİ(mm) 1111 1000 1054 993 827 740 735 654 641 400 Grafik 3: Çeşitli Yörelerde Pamuk Bitkisinin Yıllık Su Tüketimi (mm). 6 639 633 632 kcmid kcend DOMATES SU TÜKETİMİ (mm) 1200 DOMATES SU TÜKETİMİ (mm) 1034 855 774 800 677 630 621 607 595 592 587 581 574 572 570 557 528 490 471 400 Grafik 4: FAO Penman Monteith Yöntemine Göre Domates Bitkisinin Yıllık Su Tüketimi (mm) 12000 10000 8000 6000 4000 9828 8979 8588 7475 5807 5940 5522 5448 5299 5228 5029 5451 5036 5018 4745 46684527 44914114 3943 3070 3058 3023 2486 2000 0 PENMAN MONTEITH (SULAMA SUYU İHTİYACI)(m³/ha/yıl) Grafik 5: FAO Penman Monteith ve Blaney Criddle yöntemine göre hesaplanan çeşitli iklim bölgelerindeki sulamalara ait sulama suyu ihtiyaçlarının grafikle gösterimi Yukarıdaki grafiksel olarak özetle sunulan sonuçlardan FAO Penman-Monteith yönteminin Türkiye’deki sulama projelerinde rahatlıkla kullanılabileceği görülmektedir. Ayrıca her iki yöntemin nemli durağan bölgelerle kuru ve rüzgarlı bölgeler için karşılaştırılması sonucunda Penman-Monteith yönteminin daha mantıklı ve makul sonuçlara sahip olduğu çalışmalara katılanlar tarafından kabul edilmiştir. 7 Eğitimlerin devam ettirilerek sitemin bir an evvel pratiğe taşınmasında büyük yararlar bulunmaktadır. Eğitimler hazırlanmış bulunan programın kullanılmasıyla sınırlı kalmamalı, bitki su tüketimi ile ilgili temel eğitim de verilmelidir. KAYNAKLAR [1]Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith, M., “Crop Evapotranpiration”-FAO Irrigation and Drainage Paper # 56 8