شبیه سازی الگوی توزیع رطوبت خاک در سیستم آبیاری قطره‌ای سطحی به روش آنالیز ابعادی

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

    شبیه‌سازی الگوی توزیع رطوبت در ناحیه توسعه ریشه و تعیین دقیق آن در طراحی می‌تواند به‌عنوان یکی از عوامل مدیریت بهره‌برداری و کارایی عملکرد در سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی محسوب گردد. در این تحقیق، آزمایش‌ها در یک مدل فیزیکی ساخته‌شده از جنس پلکسی‌گلاس شفاف با ابعادm 0/5×1/22×3و روی سه نوع بافت خاک (متوسط، سنگین و سبک) انجام شدند. دبی‌ خروجی قطره‌چکان‌ها بازمان آبیاری 6 ساعت و با مقادیر2/4 ,4 و 6 لیتر بر ساعت اعمال گردید. سپس به کمک قضیه π باکینگهام و استفاده از آنالیز ابعادی روابطی به‌منظور تخمین رطوبت خاک در سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی ارائه شد. روابط تابعی از رطوبت اولیه خاک، فاصله شعاعی نقاط موردنظر، حجم آب کاربردی در زمان آبیاری، هدایت هیدرولیکی خاک و دبی قطره‌چکان بود. نتایج مقایسه بین مقادیر اندازه‌گیری‌شده و شبیه‌سازی‌شده نشان دادند که رابطه‌های ارائه‌شده با دقت بالایی رطوبت پروفیل خاک را پیش‌بینی می‌کنند. همچنین متوسط مقادیر شاخص میانگین ریشه دوم خطا (RMSE) برای خاک رسی و برای دبی‌های مورداستفاده به ترتیب مقادیر 0/039، 0/08و 0/036 برآورد گردید. این مقادیر برای خاک لومی به ترتیب مقادیر 0/15، 0/044 و 0/091 و برای خاک شنی به ترتیب مقادیر 0/018، 0/019 و 0/02 می‌باشند. با به‌کارگیری این روابط در سیستم آبیاری قطره‌ای سطحی، می‌توان توزیع رطوبت را شبیه‌سازی کرده و متناسب با آن مدیریت بهینه اعمال نمود.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of moisture distribution pattern in surface drip Irrigation system using dimension analysis

نویسندگان [English]

  • Bakhtiar Karimi 1
  • Chonor Abdi 2
1 Assist. Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 M.Sc., Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

Simulation of moisture distribution pattern in the root zone and accurate determination for design can be considered as one of the criteria for improving yield productivity and utilization management in surface irrigation systems. In this study, experiments were carried out in a transparent plexy-glass physical model (0.5×1.22× 3 m) on three different soil textures (fine, heavy and medium). The emitter outflows were considered as 2.4, 4 and 6 l/hr with irrigation duration of 6 hrs. Then, using the p theorem of Buckingham and Dimension Analysis (DA), equations were developed to estimate the pattern of moisture distribution (horizontal and vertical) in three soil textures in subsurface drip irrigation. These equations were as function of initial moisture, radial distance of points, applied water volume, hydraulic conductivity and emitter outflows. Comparison between simulated and observed values showed that these equations are capable in predicting the pattern of moisture distribution in different directions. The average of Root Mean Square Error (RMSE) values in clay soil and for emitter outflows 2.4, 4 and 6 l/hr were 0.039, 0.08 and 0.036, respectively. These values for loamy soil were 0.15, 0.044 and 0.091, respectively; while for sandy soil were 0.018, 0.019 and 0.02, respectively. Using these equations in designing surface drip irrigation systems, the moisture distribution could be simply simulated and optimum management can be accordingly applied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drip Irrigation
  • Moisture Bulb
  • Moisture Front
  • Management
  • irrigation
Besharat S., Saddradini A. and Shahmorad S. (2009). Assessment of soil water uptake by plant based on field studies and solving the governing equations. PhD thesis in Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, pp: 137 [in Persian].
 
Cook F. J., Thorburn P. J., Fitch P., Charlesworth P. B. and Bristow K. L. (2006). Modelling trickle irrigation: comparison of analytical and numerical models for estimation of wetting front position with time. Environ Model Softw, 21:1353–1359.
 
Cote C. M., Bristow K. L., Charlesworth P. B., Cook F. J. and Thorburn P. J. (2003). Analysis of soil wetting and solute transport in subsurface trickle irrigation, Irrig. Sci. 22: 143-156.
 
Kandelous M. M. and Simunek J. (2010 a). Comparison of numerical, analytical and empirical models to estimate wetting pattern for surface and subsurface drip irrigation, Irrig. Sci. 28: 435-444.
 
Kandelous M. M. and Simunek J. (2010 b). Numerical simulations of water movement in a subsurface drip irrigation systemunder field and laboratory conditions using HYDRUS-2D, Agri. Water mang. 97: 1070-1076.
 
Lamm F. R., Ayars J. E. and Nakayama F. S. (2007). Micro irrigation for crop production (design, operation and management). Elsevier book. 618 pp.
 
Lazarovitch N., Warrick A. W., Furman A. and Simunek J. (2007). Subsurface water distribution from drip irrigation described by moment analyses,Vadose Zone J, 6:116–123.
 
Li J., Zhang J. and Rao M. (2004). Wetting Pattern and Nitrogen Distribution as Affected by Fertilization Strategies from a Surface Point Source, Agri. Water Mang, 67: 89-104.
 
Meshkat M., Warner R. C. and Workman S. R. (1999). Modeling of Evaporation Reduction in Drip Irrigation, J. Irrig. Drain. Eng, 125 (6), 315- 323.
 
Mirzaei F., Liaghat A. M., Sohrabi T. M. and Omid M. (2005). Simulation of the wetting front from a linear source in tape irrigation systems, Journal of Agricultural Enginering Researchs, 6(23),53-66.
 
Philip J. R. (1991). Effects of root and subirrigation depth on evaporation and percolation losses, Soil Sci. Soc. Am. J, 55: 1520- 1523.
 
Thorburn P. J., Cook F. J. and Bristow K. L. (2003). Soil- dependant wetting from trickle emitters: Implications for system design and management, Irrig. Sci, 22: 121-127.