Yarı Kurak-Kurak İklim Koşullarında Bazı Ampirik Modeller Kullanılarak A Sınıfı Buharlaşma Kabından Gerçekleşen Günlük Buharlaşmanın Tahmin Edilmesi

Year 2024, Volume: 29 Issue: 2, 632 - 647, 31.08.2024

Selçuk Usta

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1445512

Abstract

A sınıfı buharlaşma kabından ölçülen buharlaşma (Epan), hidroloji bilimi kapsamındaki birçok çalışmada temel veri olarak kullanılmaktadır. Bu kaptaki suyun aşırı yağışlarda taşması ve soğuk havalarda donması gibi nedenlerden dolayı ölçülemeyen Epan verilerinin ampirik modellerle tahmin edilmesine ihtiyaç duyulabilmektedir. Bu çalışmada Linacre, Priestley & Taylor ve Kohler & Nordensen modellerinin Van ili koşullarındaki kullanılabilirlik düzeylerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Öncelikle 2012 ve 2020 yılları arasında ölçülen günlük iklim verileri ile Epan değerlerinin dokuz yıllık ortalamaları kullanılarak, Microsoft Excel programı çözücü eklentisi aracılığıyla modellerin yöre koşulları ile uyumlu modifiye eşitlikleri oluşturulmuştur. Daha sonra aynı veriler kullanılarak modellerin orijinal ve modifiye eşitlikleriyle yapılan tahminlerde en iyi performans gösteren modelin Linacre olduğu belirlenmiştir. Bu modelin orijinal eşitliği ile %87.24 doğruluk oranına sahip Epan değerleri elde edilirken, modifiye eşitliği ile yapılan tahminlerde bu oran %90.40 düzeyine yükselmiştir. Linacre modeli ile tahmin edilen Epan değerlerinin A sınıfı buharlaşma kabından ölçülen Epan değerleri yerine kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır (P> 0.05).

Keywords

A sınıfı buharlaşma kabı, Buharlaşma, Kalibrasyon, Tahmin modeli

Thanks

Çalışmanın istatistiksel analizlerindeki katkılarından dolayı Doç. Dr. Yıldırım DEMİR’e teşekkürlerimi sunarım.

Estimating Daily Evaporation from Class-A Pan Evaporimeter Using Some Empirical Models in Semi-Arid-Arid Climatic Conditions

Abstract

Evaporation (Epan) measured from a class-A pan evaporimeter is used as the primary data in many studies within the scope of hydrology science. Due to various reasons such as the water in this evaporimeter overflowing during heavy rains and freezing in cold weather, it may be necessary to estimate the unmeasured Epan data with empirical models. This study aims to determine the usability levels of Linacre, Priestley & Taylor and Kohler & Nordensen models in Van conditions. Firstly, using the nine-year averages of the climate data and Epan values measured between 2012 and 2020, modified equations of the models compatible with the local conditions were created via the Microsoft Excel program solver add-on. Then, using the same data, Linacre was the model with the best performance in the estimations made with the original and modified equations of the models. While the original equation of this model estimated Epan values with an accuracy of 87.24%, the accuracy rate increased to 90.40% with the modified equation. It was concluded that the Epan values estimated by the Linacre model can be used instead of the actual Epan values measured from the class-A pan evaporimeter (P> 0.05).

Keywords

Calibration, Class-A pan evaporimeter, Estimation model, Evaporation

Thanks

I would like to thank Assoc. Prof. Dr. Yıldırım DEMİR for his contributions to the statistical analyses of the study.

References

• Abdulkareem, J. H., Abdulkadir, A., & Abdu, N. (2015). A review of different types of lysimeter used in solute transport studies. International Journal of Plant & Soil Science, 8(3), 1-14. https://doi.org/10.9734/IJPSS/2015/18098
• Abudu, S., Cui, C., King, J. P., Moreno, J., & Bawazır, A. S. (2011). Modeling of daily pan evaporation using partial least squares regression. Science China Technological Sciences, 54(1), 163-174. https://doi.org/10.1007/s11431-010-4205-z
• Adnan, R. M., Mostafa, R. R., Dai, H. L., Heddam, S., Kuriqi, A., & Kisi, O. (2023). Pan evaporation estimation by relevance vector machine tuned with new metaheuristic algorithms using limited climatic data. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 17(1), 1-27. https://doi.org/10.1080/19942060.2023.2192258
• Allen, R. G., Pereire, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper No: 56. Erişim tarihi: 06.04.2021. https://www.fao.org/3/x0490e/x0490e00.htm
• Al-Mukhtar, M. (2021). Modeling of pan evaporation based on the development of machine learning methods. Theoretical and Applied Climatology, 146, 961-979. https://doi.org/10.1007/s00704-021-03760-4
• Alsumaiei, A. A. (2020). Utility of artificial neural networks in modeling pan evaporation in hyper-arid climates. Water, 12, 1508. https://doi.org/10.3390/w12051508
• Althoff, D., Rodrigues, L. N., & da Silva, D. D. (2019). Evaluating evaporation methods for estimating small reservoir water surface evaporation in the Brazilian Savannah. Water, 11(9), 1942. https://doi.org/10.3390/w11091942
• Anyadike, R. N. C. (1987). The linacre evaporation formula tested and compared to others in various climates over West Africa. Agricultural and Forest Meteorology, 39(2-3), 111-119. https://doi.org/10.1016/0168-1923(87)90030-X
• Arslan, F., & Ergül, M. (2014). Çayören barajı sulama havzası ve çevresinde tarımsal faaliyetler. Akademik Sosyal Araştırmalar Dergisi, 2(1), 171-190. http://doi.org/10.16992/ASOS.63
• Aydın, Y. (2019). Yarı kurak iklim koşullarında A sınıfı Kap’tan olan buharlaşmanın Penman ve Kohler-Nordenson-Fox (KNF) modelleri ile tahmini. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 6(3), 319-327. https://doi.org/10.19159/tutad.617167
• Benzaghta, M. A., Mohammed, T. A., Ghazali, A. H., & Som, M. A. M. (2012). Prediction of evaporation in tropical climate using artificial neural network and climate based models. Scientific Research and Essays, 7(36), 3133-3148. https://doi.org/10.5897/SRE11.1311
• Cabrera, M. C. M., Anache, J. A. A., Youlton, C., & Wendland, E. (2016). Performance of evaporation estimation methods compared with standard 20 m2 tank. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 20(10), 874-879. https://doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v20n10p874-879
• Christiansen, J. E. (1968). Pan evaporation and evapotranspiration from climatic data. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 94(2), 243-266. https://doi.org/10.1061/JRCEA4.0000568
• Cobaner, M., Çıtakoğlu, H., Haktanır, T., & Yelkara F. (2015). Akdeniz bölgesi için en uygun Hargreaves-samani eşitliğinin belirlenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 7(2), 181-189.
• De Myttenaere, A., Golden, B., Le Grand, B., & Rossi, F. (2016). Mean absolute percentage error for regression models. Neurocomputing, 192(1), 38-48. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2015.12.114
• DMİ. (2023). Van ili iklim verileri. Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye.
• IPCC. (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Erişim Tarihi: 08.05.2024. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/WG1AR5_SummaryVolume_FINAL.pdf
• Irmak, S., & Haman, D. Z. (2003). Evaluation of five methods for estimating class A pan evaporation in a humid climate. HortTechnology, 13(3), 500-508. https://doi.org/10.21273/HORTTECH.13.3.0500
• Jing, W., Yaseen, Z. M., Shahid, S., Saggi, M. K., Tao, H., Kisi, O., … & Chau, K. W. (2019). Implementation of evolutionary computing models for reference evapotranspiration modeling: short review, assessment and possible future research directions. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 13(1), 811-823. https://doi.org/10.1080/19942060.2019.1645045
• Kaya, S., Evren, S., & Daşcı, E. (2016). Yarı-kurak iklim koşullarında A sınıfı kap buharlaşmasını tahmin için çeşitli eşitliklerin karşılaştırılması. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 30(2), 1-9.
• Kohler, M. A., Nordenson, T. J., & Fox, W. E. (1955). Evaporation from pans and lakes. U.S. Department of Commerce Research Paper No. 38. Erişim Tarihi: 06.04.2021. https://library.oarcloud.noaa.gov/noaa_documents.lib/NOAA_historic_documents/WB/Research_papers/WB_Research_Paper_38.pdf
• Kumar, G. M., Babu, B. M., Dashavant, P. B., & Reddy, G. V. (2022). Pan Evaporation Estimation Using Artificial Neural Network (ANN) and Fuzzy Logic Models for Raichur Region, Karnataka: A Case Study. International Journal of Environment and Climate Change, 12(11), 3725-3735.. https://doi.org/10.9734/ijecc/2022/v12i111423
• Linacre, E. T. (1977). A simple formula for estimating evaporation rates in various climates, using temperature data alone. Agricultural Meteorology, 18(6), 409-424. https://doi.org/10.1016/0002-1571(77)90007-3
• Maiseli, B. J. (2019). Optimum design of chamfer masks using symmetric mean absolute percentage error. EURASIP Journal on Image and Video Processing, 74, 1-15. https://doi.org/10.1186/s13640-019-0475-y
• Nakagawa, S., Johnson, P. C., & Schielzeth, H. (2017). The coefficient of determination R2 and intra-class correlation coefficient from generalized linear mixed-effects models revisited and expanded. Journal of the Royal Society Interface, 14(134), 1-11. https://doi.org/10.1098/rsif.2017.0213
• Penman, H. L. (1948). Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Proceedings of The Royal Society A, Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 193(1032), 120-145. https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0037
• Priestley, C. H. B., & Taylor, R. J. (1972). On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters. Monthly Weather Review, 100(2), 81-92. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1972)100%3C0081:OTAOSH%3E2.3.CO;2
• Sezer, Ç. Ö., & Öztekin, T. (2016). A-sınıfı buharlaşma kabından olan günlük buharlaşmanın Penman ve Linacre modelleri ile tahmini. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 33(3), 137- 147. https://doi.org/10.13002/jafag1055
• Sezer, Ç. Ö., Öztekin, T., & Kutlu Sezer, E. (2018). A-sınıfı buharlaşma kabından olan buharlaşma miktarının Penman ve Priestley Taylor (PT) modelleri ile tahmini. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 55 (4), 379-388. http://doi.org/10.20289/zfdergi.414100
• Şarlak, N., & Bağçacı, S. Ç. (2020). Ampirik potansiyel evapotranspirasyon tahmin yöntemlerinin değerlendirilmesi: uygulama Konya kapalı havzası. Teknik Dergi, 31(1), 9755-9772. https://doi.org/10.18400/tekderg.408019
• Terzi, Ö. (2011, June). Modeling of daily pan evaporation of Lake Eğirdir using data-driven techniques. International Symposium on Innovations in Intelligent Systems and Applications, İstanbul, Türkiye.
• Uzunlar, A., Öz, A., & Diş, M. Ö. (2022). Modifiye yaklaşımların evapotranspirasyon tahminlerine etkisi: Van örneği. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(4), 973-988. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1230919
• Üçler, N., & Kutlu, F. (2021). Estimating daily pan evaporation data using adaptive neuro fuzzy inference system: case study within Van local station-Turkey. Politeknik Dergisi, 24(1), 195-204. https://doi.org/10.2339/politeknik.635466