اندازه‌گیری و شبیه‌سازی حرکت آب و انتقال املاح در خاک‌های مطبق

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی اب دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه

2 دانشیار گروه مهندسی آب، پژوهشکده مطالعات دریاچه ارومیه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

شبیه‌سازی دقیق حرکت آب و املاح در محیط متخلخل، در مطالعات آب و خاک اهمیت زیادی دارد. هدف از این تحقیق، اندازه‏ گیری و شبیه‏ سازی حرکت آب و انتقال املاح در تیمارهای خاک با لایه بندی متفاوت بود. در این تحقیق، تاثیر تغییر چگالی ظاهری خاک و ترتیب لایه‌بندی خاک بر حرکت آب و املاح در 5 تیمار و هر تیمار در دو تکرار اندازه‏ گیری و با مدل HYDRUS-1D شبیه‏ سازی شد. بدین منظور، از 10 ستون PVC با ارتفاع ۱۰۵ و قطر داخلی 31.5 سانتیمتر و سه بافت خاک شامل شن‌لومی، لوم شنی-رسی و لوم‌رسی استفاده گردید. ستون ها با آب آبیاری و آب شور با شوری‏ های به ترتیب 0.67 و 4.46 دسی زیمنس بر متر آبیاری شدند. در طول آزمایش، مقدار رطوبت (با رطوبت‌سنج از نوع TDR) و شوری (اندازه گیری هدایت الکتریکی عصاره‌ گل اشباع)، در اعماق ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۴۰ و ۶۰ سانتیمتری اندازه گیری گردید. نتایج تحقیق نشان داد حرکت آب در خاک تحت تاثیر موقعیت قرارگیری لایه ای با کمترین میزان نفوذپذیری است و زمانی که لایه ریزبافت در بالا قرار می گیرد زمان خروج آب بیشترین مقدار خواهد شد. همچنین، نتایج نشان داد در تمام ستون ها مقدار EC در لایه بالایی بیشترین مقدار بوده و بدون توجه به تغییر ترتیب قرارگیری لایه ها، از بالا به پایین کاهش می یابد. بررسی شاخص nRMSE بیانگر دقت بالای مدل HYDRUS در شبیه‏ سازی حرکت آب و املاح در خاک مطبق می‏ باشد. کمترین خطای شبیه سازی در خاک همگن بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Measuring and simulating of water movement and solute transport in layered soils

نویسندگان [English]

  • fereshteh nasimi 1
  • Kamran Zeinalzadeh 2
  • Sina Besharat 3
1 Department of water engineering, Urmia university
2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Urmia Lake Research Institute, University of Urmia., Urmia., Iran.
3 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University
چکیده [English]

The precise simulation of water and solute transfer in porous media is very important in soil and water studies. The purpose of this study was to measure and simulate water movement and solutes transfer of layered soils. In this study, the effect of soil bulk density changes and different soil layering on water and solute movement were measured and simulated with HYDRUS-1D model in 5 treatments and two replications. For this purpose, 10 columns of PVC with a height of 105 cm and an inner diameter of 31.5 cm, and three soil textures including loamy sand, sandy-clay loam and clay loam were used. The columns were irrigated with irrigation water and saline water with salinity of 0.67 and 4.46 ds/m, respectively. During the experiment, moisture content (using TDR moisture meter) and salinity (by saturated mud extraction method) were measured at depths of 10, 20, 30, 40 and 60 cm. The results of the study showed that the water movement in the soil is affected by the position of the layers with the least permeability and when the fine texture layer is placed on top, the time of water exit is the highest. Also, the results showed that in all columns the EC value was the highest in the upper layer and decreased from top to bottom regardless of the order of the arrangement of the layers. The survey of the nRMSE index indicates the high accuracy of the HYDRUS model in simulating the movement of water and solute in the layered soil. The lowest error in simulation was in homogeneous soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil bulk density
  • TDR moisture meter
  • soil column
  • HYDRUS-1D

بشارت، س.، ناظمی، الف.، صدرالدینی، ع. و شهمراد، ص. ۱۳۹۰. استفاده از نرم­افزار HYDRUS در شبیه­سازی حرکت و جذب آب در خاک و ارائه نرم­افزار SWMRUM. نشریه دانش آب و خاک. ۲۱ .۴: ۱۲۱-۱۳۷.

تاران، ف. و نورآبادی، س. ۱۳۹۵. بررسی آزمایشگاهی و شبیه سازی تاثیر ترتیب قرارگیری لایه های خاک و ضخامت آنها در انتقال محلول. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. ۱۰ .۱: ۶۳-۷۲.

جوادزاده شاخالی، ف.، خالدیان، م.، نوابیان، م. و شاهین­رخسار، پ. ۱۳۹۵. شبیه­سازی رطوبت حجمی خاک با مدل HYDRUS-2D از منبع تغذیه خطی با شوری­های متفاوت آب آبیاری و مقایسه با مشاهدات میدانی. نشریه علوم آب و خاک. ۲۰ .۷۵.

ذاکری نیا، م.، عباسی، ف.، سهرابی، ت. ۱۳۸۶. بررسی تغییرات هدایت هیدرولیکی خاک با استفاده از روش معکوس. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی. ۸ .۳: ۱۷-۳۰.

عباسی، ف. 1387. ارزیابی برخی روش­های تخمین ویژگی­های هیدرولیکی خاک برای شبیه­سازی رطوبت. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، جلد 9، شماره 4، صفحات 31-44.

عباسی، ف.، تاجیک، ف. 1386. برآورد همزمان پارامترهای هیدرولیکی و انتقال املاح در خاک به روش حل معکوس در مقیاس مزرعه. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، جلد 11، شماره 1، صفحات 122-111.

محمدی، الف.، دلبری، م.، ۱۳۹۴. شبیه سازی حرکت آب و نمک در خاک با استفاده از نرم افزار HYDRUS-1D. نشریه ی دانش آب و خاک، ۲۵ .۱: ۶۷-۷۸.

محمدی، الف.، دلبری، م.، محمدی چاری، م.، محمدی، م.، ۱۳۹۲. مدل HYDRUS-1D و شبیه سازی حرکت آب و املاح در خاک، در: دومین کنفرانس بین المللی مدلسازی گیاه، آب، خاک و هوا. اردیبهشت ماه، دانشگاه کرمان.

Huang, M., Barbour, S.L., Elshorbagy, A., Zettl, J.D. and Cheng Si, B. 2011. Infiltration and drainage processes in multilayered coarse soils. Journal of Soil Science. 91: 169-183.

Hu, K., Li, B. and Chen, D. 2004. Comparison of water drainage and nitrate leaching calculated by soil water balance model and dynamic process model. Advances in Water Science. 15: 87–93.

Kumar, A., Sharma, A.K. and Rani, A. 2015. Transport of solutes under transient flow conditions–A case study–Yamuna river sub basin. International Soil and Water Conservation Research. 3: 209-223.

McKenzie, R. H. 2010. Agricultural Soil Compaction: Causes and Management. Agri. facts. Practical information for Alberta‘s Agriculture Industry. Agdex 510-1. 10p.

Ma, Y., Feng, Sh., Su, D., Gao, G. and Huo, Z. 2010. Modeling water infiltration in a large layered soil column with a modified Green–Ampt model and HYDRUS-1D. Journal of Computers and Electronics in Agriculture. 71S: S40–S47.

Ritter, A., Munoz-Carpena, R. and Regalado, C.M. 2005. Using TDR and inverse modeling to characterize solute transport in a layered agricultural volcanic soil. Vadose Zone Journal. 4: 300–309.

Sharma, P.K., Savant, V.A., Shukla, S.K. and Khan, Z. 2014. Experimental and numerical simulation of contaminant transport through layered soil. International Journal of Geotechnical Engineering. 8(4):345-351.

Šimůnek, J., Kohne, J.M., Kodesova, R. and Sejna, M. 2008. Simulating Nonequilibrium Movement of Water, Solutes and Particles Using HYDRUS–A Review of Recent Applications. Soil and Water Research.3:S42-S51.