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