التبخر والنتح للري: حوّل القيمة المرجعية إلى ميزانية ماء الحقل

لاستخدام التبخر والنتح في تخطيط الري، اربط قيمة التبخر والنتح المرجعي المحلية بمعامل محصول مناسب، ثم احسب استهلاك المحصول للماء ووفّق بينه وبين الأمطار والماء المخزن في منطقة الجذور. حوّل الاحتياج الصافي الناتج إلى حجم إمداد إجمالي ومدة تشغيل اعتمادا على أداء ميداني موثق. فالتقدير الجوي وحده لا يخبر وحدة التحكم بالوقت الذي يستطيع فيه قطاع تربة معين استقبال هذه المياه بأمان.

محطة أرصاد زراعية تجمع بيانات لنماذج إدارة المياه. الصورة: سكوت باور، USDA Agricultural Research Service. ملكية عامة.

ابدأ بالسطح المرجعي والموقع واليوم المعتمد للتسجيل

يصف التبخر والنتح المرجعي، الذي نرمز إليه هنا بـ ETo، الطلب الجوي فوق سطح مرجعي محدد جيد الإمداد بالماء. أما التبخر والنتح للمحصول، ETc، فيصف محصولا معينا في ظروف محددة. ولهما دوران مختلفان في حساب جدولة الري. يشرح مدخل منظمة الأغذية والزراعة إلى التبخر والنتح المرجع العشبي والفرق بين ظروف المحصول القياسية والظروف المقيدة.

يتضمن سجل الطقس المفيد موقع المحطة أو خلية الشبكة، والارتفاع إن كان متاحا، والسطح المرجعي، وطريقة الحساب، وفترة التجميع، والمنطقة الزمنية، ومؤشر جودة البيانات. لا يجوز ببساطة استخدام قيمة مرجعية للبرسيم الحجازي بدلا من قيمة مرجعية للعشب مع الإبقاء على معامل معاير للعشب. وبالمثل، لا يمكن استخدام متوسط شهري بديلا لظروف الأمس المرصودة من دون بيان أن الغرض من الحساب قد تغير.

افصل أعمدة التوقعات عن أعمدة الرصد في ورقة حساب الحقل. يساعد التوقع على حجز وقت للضخ، بينما يحدّث رصد اليوم المكتمل الميزانية. عند إحلال الرصد محل التوقع، يجب تعديل قيد ذلك اليوم، لا إضافة يوم ثان من استهلاك الماء. ويجب أن تبقى بيانات الطقس المفقودة ظاهرة بوصفها مفقودة؛ فوضع صفر للتسهيل يوحي خطأ بانعدام الطلب الجوي.

يستخدم هذا المقال بيانات تعليمية مختلقة لقطاع افتراضي مكشوف يروى بالتنقيط، مع ETo بمرجع عشبي وثبات مرحلة المحصول خلال فترة قصيرة. ولا تنسب الأرقام إلى موقع أو محطة أرصاد أو توصية لمحصول أو تجربة ميدانية لشركة IrriNex. وعلى المزرعة استبدالها بمدخلاتها الجوية والزراعية التي تحققت منها.

حوّل ETo إلى تبخر ونتح المحصول دون اعتبار Kc ثابتا دائما

العلاقة الأساسية ذات المعامل الواحد هي ETc = Kc × ETo. المعامل Kc بلا أبعاد؛ ويجب أن تستخدم ETo وETc وحدات عمق ماء وزمن متطابقة. تراعي طريقة معامل المحصول لدى منظمة الأغذية والزراعة تطور المحصول ومتوسط تبخر التربة، مع تعديلات للظروف المحلية. والمعامل المختار لمرحلة نمو معينة لا يبقى صالحا تلقائيا بعد تطور الغطاء النباتي أو الحصاد أو تغير نمط الابتلال.

في المثال، افترض اختيار Kc مناسب قيمته 0.8، وقيم ETo يومية تبلغ 5 و6 و4 mm. وتكون قيم ETc المقابلة 4 و4.8 و3.2 mm في اليوم، بإجمالي 12 mm خلال الأيام الثلاثة. هذه تقديرات محسوبة للظروف القياسية، وليست قياسات لسحب الماء من التربة، كما أنها لا تثبت معامل محصول يصلح للجميع.

يجعل المعامل الواحد الثابت هذا المثال الحسابي القصير واضحا. وقد تتطلب الجدولة اليومية المفصلة معاملين منفصلين لنتح المحصول وتبخر التربة لتمثيل أحداث الابتلال. كما يمكن للإجهاد أو الملوحة أو ضعف الغطاء النباتي أو المرض أن يغير التبخر والنتح الفعلي. وانخفاض تقدير التبخر والنتح الفعلي تحت الإجهاد لا يثبت كفاية إمداد المحصول بالماء، ولا يعني اختفاء احتياج المحصول السليم.

دوّن بجانب المعامل مصدره وأساسه المرجعي ومرحلة المحصول وتاريخ المراجعة. وإذا تغيرت المرحلة أثناء فترة التسجيل، فاحسب الأيام المعنية بمعاملاتها المناسبة. لا تخف هذا التغير بأخذ متوسط معاملات لا تتوافق ثم تقديم النتيجة باعتبارها وصفة ري تم التحقق من صلاحيتها محليا.

عرّف أرصدة المطر المستفاد منه واستنزاف ماء التربة بصورة متسقة

يقيس مقياس المطر الهطول في موقعه، ولا يقيس مباشرة مساهمة الماء المحتفظ به للمحصول. يميز شرح منظمة الأغذية والزراعة للمطر الفعال بين المطر المفيد والماء الذي يضيع قبل تلبية حاجة المحصول. فظروف الحدث مؤثرة: قد يغير الجريان السطحي والتسرب داخل التربة والمخزون القائم والصرف مقدار المساهمة المفيدة. ولا ينبغي تطبيق معادلة تقدير شهرية كقاعدة لعاصفة يومية.

في ورقة الحساب هذه، يعني Dr استنزاف الماء في منطقة الجذور بالنسبة إلى السعة الحقلية؛ فالقيمة الأكبر تعني عجزا مائيا أكبر. ومعادلة المحاسبة المختصرة هي Dr,end = Dr,start + ETc − Pe − Inet، حيث Pe رصيد مساهمة المطر المحتسب، وInet ماء الري المحتفظ به لميزانية منطقة الجذور، وجميعها بوحدة mm على المساحة الحقلية والفترة الزمنية نفسيهما. ويجب أن تلتزم هذه الأرصدة الفعالة بحدود محاسبية متسقة، مع استبعاد أي فاقد سبق خصمه منها من الخصومات الإضافية.

تصلح المعادلة المختصرة هنا فقط لأن المثال يفترض عدم وجود مساهمة شعرية أو حد إضافي للصرف. أما ميزانية ماء منطقة الجذور لدى منظمة الأغذية والزراعة فتشمل صراحة الجريان السطحي والري المتسرب إلى التربة والصعود الشعري والترشيح العميق. استخدم ذلك التناول الأشمل عندما تكون هذه التدفقات مؤثرة؛ ولا تخلط بين مدخل الري المتسرب إلى التربة فيه وبين رصيد جرى تعديله مسبقا ليقتصر على الماء المحتفظ به.

مثلا، لا تخصم التبخر نفسه مرة من رصيد المطر ثم مرة أخرى عبر حد التبخر والنتح الذي يتضمنه أصلا. وبالمثل، فإن احتساب ماء الري المحتفظ به بعد الصرف ثم خصم الصرف مرة أخرى يقلل تقدير المخزون. وتشير قيمة الاستنزاف السالبة المحسوبة إلى ماء يتجاوز حد التخزين المفترض أو إلى مدخلات غير متسقة؛ وليست رصيدا من احتياج الري السالب يمكن ترحيله بلا نهاية إلى الأسابيع الجافة.

احسب ميزانية ماء الحقل خلال ثلاثة أيام

افترض استنزافا ابتدائيا قدره 8 mm. وتبلغ أرصدة المطر المحتسبة 0 و3 و1 mm خلال الأيام الثلاثة. أضف عمق ري محتفظا به يبلغ 8 mm في وقت مبكر من اليوم 2. ولأغراض هذا الحساب التعليمي، افترض أن حجم الجذور النشط والتسرب في التربة وحد الاستنزاف الزراعي تسمح بالتسلسل المذكور دون إجهاد أو صرف إضافي. وتصل مساهمات المطر والري في وقت مبكر من أيامها المعنية، ثم يليها الخصم اليومي بسبب التبخر والنتح.

اليوم 2 مناسب لفحص الإشارات: 12 + 4.8 − 3 − 8 = 5.8 mm. ففي تسلسل الابتلال المبكر المفترض، يقع الرصيد المجمع البالغ 11 mm ضمن الاستنزاف الابتدائي البالغ 12 mm. ويترك خصم التبخر والنتح اللاحق عجز نهاية اليوم المذكور. وقد يغير وقت وصول الماء التخزين والإجهاد داخل اليوم حتى لو بقيت المجاميع اليومية متطابقة.

تنتهي الفترة عند الاستنزاف الذي بدأت به لأن 8 + 12 − 4 − 8 = 8 mm. ومع التبخر والنتح والمطر الافتراضيين نفسيهما، ولكن بلا ري، تنتهي المحاسبة عند استنزاف قدره 16 mm. ويتطلب تحديد ما إذا كان هذا البديل يسبب الإجهاد معرفة السعة الفعلية لمنطقة الجذور والحدود الخاصة بالمحصول؛ فالحساب وحده لا يجيب عن ذلك.

إذا كان الاستنزاف النهائي المستهدف يساوي 8 mm، فإن عمق الري المحتفظ به المطلوب هو 8 + 12 − 4 − 8 = 8 mm: الاستنزاف الابتدائي زائد التبخر والنتح، ناقص المطر المحتسب، ناقص الاستنزاف المستهدف. ويتساوى ذلك مع التبخر والنتح ناقص المطر لأن الاستنزاف الابتدائي والمستهدف متساويان. أما إعادة ملء قطاع تربة سبق استنزافه أو تعمد إنهاء الفترة بعجز مختلف فيغير النتيجة.

يعرض الجدول حسابا للماء، ولا يوصي بفاصل ري مقداره ثلاثة أيام. فقد يحتاج الحقل إلى أحداث أصغر أو بدء أبكر. لا تنقل توقيت أحداثه إلى تربة ضحلة أو زراعات صغيرة السن أو مناطق محدودة التجذير أو محصول آخر دون فحص هذه الظروف.

حوّل العمق المحتفظ به إلى حجم ومدة تشغيل

استخدم المساحة نفسها لعمق التبخر والنتح وأرصدة المطر وعمق الري وحجم الإمداد. افترض أن هذا المثال يغطي منطقة واحدة مساحتها 4 ha، وأن معامل تطبيق إجماليا أُثبت بصورة مستقلة يساوي 0.85. ويُعرّف هنا بأنه الجزء من إمداد المنطقة المقاس الذي يبقى محتفظا به لغرض الميزانية المائية المحدد. وهذا معامل أداء افتراضي، وليس تصنيفا لكفاءة الري بالتنقيط أو لأي منتج.

يستخدم تحويل الحجم 10 m³ لكل mm لكل هكتار. وتدفق التشغيل المفترض هنا هو 80 m³/h لهذه المنطقة. احتفظ بالدقة الكاملة في ورقة الحساب وقرّب التعليمات النهائية بالشكل المناسب. والمدة المعروضة بالساعات العشرية، وليست ساعات ودقائق تفصل بينهما علامة عشرية. وقد يكون للمضخة التي تغذي مناطق أخرى بالتزامن تدفق إجمالي مختلف؛ فلا يجوز تخصيص قراءة عدادها التراكمي كاملة لهذا القطاع.

تحقق من قياس التدفق أثناء تشغيل ممثل للواقع وبتركيب مناسب، مثلا باستخدام الفحوص الواردة في دليل تركيب مقياس تدفق مياه الري. وإذا تغير التدفق، فوفّق حجم الإمداد باستخدام التكامل أو فرق قراءتي العداد التراكمي، بدلا من ضرب قراءة لحظية واحدة في كامل مدة الحدث. واستبعد الماء الذي تسنده الحدود المحاسبية المختارة إلى وجهة أخرى.

لأن هذه الأعماق تشير أصلا إلى كامل الحقل، فلا تضرب الحجم مرة أخرى في نسبة المساحة المبتلة بالتنقيط. فذلك يطبق تخفيضا ثانيا للمساحة دون إعادة تعريف نموذج التبخر والنتح. ولا تقسّم تلقائيا مرة أخرى على انتظام التوزيع أيضا. يقيّم اختبار انتظام النقاطات في الحقل التوزيع المكاني للإمداد، وهو يختلف عن معامل الإمداد المحتفظ به المستخدم هنا.

استخدم مشاهدات الحقل لاختبار صحة الحساب

وفّق الحجم المخطط مع الحدث المقاس، ثم قارن اتجاه تغير ماء التربة المتوقع بمشاهدات ممثلة. وقد يعكس تزايد الاستنزاف بعد حدث يفترض أنه كاف نقصا في الإمداد، أو مستشعرا غير ممثل، أو طلبا جرى تقديره بأقل من حقيقته، أو افتراض تخزين غير صحيح. ولا يثبت مستشعر رطب بجوار نقاط واحد أن منطقة الجذور كلها تلقت حصتها المقصودة.

يساعد دليل مواضع مستشعرات رطوبة التربة على اختيار نقاط مراقبة يمكنها اختبار تقدير متوسط الحقل. اجعل سجلات الطقس والعداد والتربة متوافقة زمنيا. فقد تخلق قراءة عداد تراكمي عند منتصف الليل مع يوم تسجيل مختلف لدى خدمة الطقس اختلالا ظاهريا دون تغير حقيقي في استهلاك ماء الحقل.

غيّر المدخل الموثق عندما تؤيد الأدلة ذلك. ويسمح تدوين سبب قصير بجوار التعديل بتمييز رصد طقس محدث عن تغيير المعامل أو عطل المعدات. أما استبدال الميزانية المحسوبة لمجرد جعلها تطابق مستشعرا واحدا فيخفي الاختلاف بدلا من حله.

افصل الميزانية عن الإذن بتنفيذ حدث الري

حجم الماء المحسوب مدخل للتخطيط الزراعي. وتبقى قدرة الضخ وتوليفات المناطق المسموح بها وحدود التسرب وتوافر المعدات ووسائل الحماية القائمة قيودا على الحدث. ولا يجيز حساب 4.71 h تشغيلا متصلا أو تسلسلا معينا للصمامات أو حقن سماد. فتلك قرارات تتطلب فحوص الحقل والمعدات المقابلة.

في الجدولة عن بعد، سجّل آخر تحديث طقس مقبول ومصدر أي تعليمات بديلة عند التعذر. يناقش دليل التحكم في الري مع اتصال إنترنت غير موثوق استمرارية التحكم المحلي. ولا ينبغي لرفع بيانات طقس متأخر أن يكرر بصمت حدثا اكتمل محليا أو يمحو حجم الماء الذي وُرّد فيه.

أغلق سجل كل حدث بوقتي بدئه وتوقفه الفعليين وهوية المنطقة والإمداد المقاس والإنذارات ذات الصلة وتعديل الميزانية الناتج. وإذا توقف الحدث مبكرا، فأدخل كميته المتحقق من توريدها في الحساب قبل تخطيط الباقي. وإعادة إصدار الحجم الأصلي الكامل بعد إنجاز جزئي تعني احتساب الماء المطبق بالفعل على أنه ما زال مطلوبا.

ما الذي ينبغي أن تتيح ورقة الحساب المكتملة للمشغل التحقق منه؟

ينبغي أن يستطيع المشغل تتبع كل حدث مقترح إلى سجل طقس مؤرخ، ومعامل محصول مبرر، وتقدير ابتدائي لماء التربة، ورصيد مطر محتسب، وحالة نهائية مستهدفة. ولكل منها مصدر مختلف لعدم اليقين. وتسجيلها منفصلة يجعل أي تعديل لاحق مفهوما، بدلا من إخفاء عدم اليقين كله داخل معامل واحد لضرب مدة التشغيل.

في هذا المثال، التسلسل واضح: 12 mm من التبخر والنتح المحسوب، و4 mm من المطر المحتسب، وثبات الاستنزاف بين البداية والنهاية، و8 mm من الري المحتفظ به، و376.47 m³ من الإمداد الإجمالي، ونحو 4.71 h عند التدفق المفترض البالغ 80 m³/h. تشكل هذه الأرقام حسابا قابلا لإعادة الإنتاج. لكنها لا تثبت ملاءمة محصول أو قبول مستوى الإجهاد أو جودة التوزيع أو توفيرا مضمونا للماء.

قبل إصدار تعليمات ميدانية، تحقق من المساحة المحاسبية وتحويلات الوحدات ومرحلة المحصول الحالية وتحديث المطر المرصود وقابلية منطقة الجذور لاستقبال الماء والإمداد الممكن للمنطقة. وبعد الحدث، احتفظ بالنتيجة المقاسة مع الافتراضات المستخدمة. فهذا السجل يجعل قرار الجدولة التالي قابلا للاختبار في ضوء ما حدث في الحقل.