برآورد پیاز رطوبتی ناشی از آبیاری قطره‌ای سطحی با استفاده از مدل‌های عددی و تجربی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه آب و خاک دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

مزایای آبیاری قطره‌ای، استفاده از این سیستم را در سطح جهان افزایش داده است. این سیستم آبیاری به طورمعنی‌داری سطح خیس شده خاک را کاهش می‌دهد که نتیجه آن کاهش تلفات تبخیر می‌باشد. الگوی خیس شدگی یکی از پارامترهای اصلی در بهینه کردن جانمایی لترال‌ها و فاصله قطره‌چکان‌ها و همچنین دبی خروجی آن‌ها می‌باشد به عبارت دیگر برای طراحی مناسب آبیاری قطره‌ای ابعاد خیس شدگی (عمق و عرض خیس شدگی) بایستی به دقت تعیین شود. بنابراین تحقیق حاضر جهت بررسی دقت مدل‌های عددی (Hydru-2D) و تجربی (رگرسیون چند متغیره غیرخطی) در برآورد الگوی خیس شدگی ناشی از آبیاری قطره‌ای سطحی در یک خاک لوم رسی صورت پذیرفت برای این منظور مقادیر رطوبت، عمق و عرض خیس شدگی خاک، برآورد شده و با مقادیر بدست آمده از آزمایشگاه مقایسه گردید. آزمایشات شامل تعیین رطوبت، عمق و عرض خیس شدگی خاک بعد از 1، 2، 3، 4، 5 و 6 ساعت آبیاری با سه دبی متفاوت (2، 4 و 8 لیتر بر ساعت) بود. شاخص‌های آماری نشان دادند که تفاوت چندانی بین نتایج مدل‌ها و مقادیر مشاهداتی وجود ندارد به طوریکه RMSE نرمال شده برای مدل عددی و تجربی به ترتیب از 8/5 تا 4/8 درصد و 7 تا 7/7 درصد متغیر بود. همچنین نتایج نشان داد که مدل عددی پیشنهاد شدهT با دقت قابل قبولی الگوی خیس شدگی را برآورد می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of wetting patterns under surface drip irrigation using numerical and empirical models

نویسندگان [English]

  • Zahra Eskandari Tadavani 1
  • Mahdi Delghandi 2
  • Khalil Azhdari 1
  • Seyyed Hossein Hosseini 1
  • Vajihe Dorostkar 1
1 Shahrood University of Technology
2 soil and water department, shahrood university of technology, Iran
چکیده [English]

Drip irrigation benefits enhanced the worldwide use of this irrigation system. drip irrigation reduces significantly the wetted soil surface that lead to reduction of evaporative losses. claimed that wetting pattern is a major parameter in optimizing lateral placement and emitter spacing as well as in selecting emitter’s discharge. In other word, to achieve proper drip irrigation design, dimensions of the wetted zone (depth and width) should be accurately determined. Therefore, present study was conducted under clay loam soil to investigate the accuracy of numerical (HYDRUS-2D) and empirical (multivariate nonlinear regression) models in estimating wetting pattern for surface drip irrigation. The predicted values of soil moisture, wetted depth and width were compared with those obtained from laboratory experiments. Experimentations included determination of soil moisture, depths and widths of wetted zone after 1, 2, 3, 4, 5, and 6 hour of water application with three different discharge rates (2, 4 and 8 L/h). Statistical parameters revealed that there was no significant difference between models results and observed values. So that The normalized root mean squared error (NRMSE) varied from 5.8 to 8.2% and 7 to 7.7% for numerical and empirical models, respectively. The results also showed that The proposed empirical model predicts the wetting pattern with acceptable accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wetting pattern
  • Local irrigation
  • clay loam soil
  • Modeling
بشارت، س. و ملایی­توانی، س. 1395. شبیه­سازی پروفیل رطوبتی خاک در یک سیستم آبیاری قطره­ای سطحی و زیرسطحی با استفاده از مدل HYDRUS-2D. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک 23. 2: 225-238.
خان محمدی، ن. و بشارت، س. 1392. شبیه‌سازی جبهه رطوبتی خاک در آبیاری قطره­ای با استفاده از HYDRUS-2D. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 4. 2 : 15-27.
خلیلی، م.، اکبری، م.، هزارجریبی، ا.ِ، ذاکری­نیا، م. و عباسی، ف. 1393. برآورد ابعاد پیاز رطوبتی با مدل تجربی و مدل عددی HYDRUS-2D در آبیاری قطره­ای زیرسطحی. نشریه تحقیقات مهندسی کشاورزی 15. 2: 1-14.
فیض­اله­پور، ف.، بشارت، س. و خورسند، ا. 1397. مقایسه عملکرد مدل­های هیدرولیکی مختلف و ارائه مدل ترکیبی BMA به‌منظور شبیه­سازی حرکت آب در خاک. نشریه تحقیقات آب و خاک ایران. 49. 1: 13-24
Al-Ogaidi, A. A., Wayayok, A., Rowshon, M. K. and Abdullah, A. F. 2016. Wetting patterns estimation under drip irrigation systems using an enhanced empirical model. Agricultural Water Management, 176: 203-213.
Arbat, G., Puig-Bargués, J., Duran-Ros, M., Barragán, J. and De Cartagena, F. R. 2013. Drip-Irriwater: Computer software to simulate soil wetting patterns under surface drip irrigation. Computers and electronics in agriculture, 98: 183-192.
Autovino, D., Rallo, G. and Provenzano, G. 2018. Predicting soil and plant water status dynamic in olive orchards under different irrigation systems with Hydrus-2D: Model performance and scenario analysis. Agricultural Water Management, 203, 225-235.
Besharat, S., Khanmohammadi, N., Rezaie, H. and Behmanesh, J. 2012. Evaluation of soil water profile simulations in drip irrigation based on soil hydraulic properties with experimental observations. In Soil and Water Engineering. International Conference of Agricultural Engineering-CIGR-AgEng 2012: agriculture and engineering for a healthier life, Valencia, Spain, 8-12 July.
Cook, F. J., Thorburn, P. J., Bristow, K. L. and Cote, C. M. 2003. Infiltration from surface and buried point sources: the average wetting water content. Water Resources Research, 39. 12: 1-6.
Durner, W. 1994. Hydraulic conductivity estimation for soils with heterogeneous pore structure. Water resources research, 30.2: 211-223.
Esfandiari, M. and Maheshwari, B. L. 2001. SW—soil and water: field evaluation of furrow irrigation models. Journal of agricultural engineering research, 79.4: 459-479.
Kandelous, M. M. and Šimůnek, J. 2010. Comparison of numerical, analytical, and empirical models to estimate wetting patterns for surface and subsurface drip irrigation. Irrigation Science, 28. 5: 435-444.
Liu, H. F., Génard, M., Guichard, S. and Bertin, N. 2007. Model-assisted analysis of tomato fruit growth in relation to carbon and water fluxes. Journal of Experimental Botany, 58. 13: 3567-3580.
Mattar, M. A. and Alamoud, A. I. 2017. Gene expression programming approach for modeling the hydraulic performance of labyrinth-channel emitters. Computers and electronics in agriculture, 142: 450-460.
Shan, G., Sun, Y., Zhou, H., Lammers, P. S., Grantz, D. A., Xue, X. and Wang, Z. 2019. A horizontal mobile dielectric sensor to assess dynamic soil water content and flows: Direct measurements under drip irrigation compared with HYDRUS-2D model simulation. Biosystems Engineering, 179: 13-21.
Simunek, J., Van Genuchten, M. T. and Sejna, M. 2006. The HYDRUS software package for simulating the two-and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media. Technical manual, 1.
Singh, D. K., Rajput, T. B. S., Sikarwar, H. S., Sahoo, R. N. and Ahmad, T. 006. Simulation of soil wetting pattern with subsurface drip irrigation from line source. Agricultural water management, 83. 1 (2): 130-134.
Skaggs, T. H., Trout, T. J., Šimůnek, J. and Shouse, P. J. 2004. Comparison of HYDRUS-2D simulations of drip irrigation with experimental observations. Journal of irrigation and drainage engineering, 130. 4: 304-310.
Walker, W. R. 2005. Multilevel calibration of furrow infiltration and roughness. Journal of irrigation and drainage engineering, 131. 2: 129-136.
Wang, X., Youssef, M. A., Skaggs, R. W., Atwood, J. D. and Frankenberger, J. R. 2005. Sensitivity analyses of the nitrogen simulation model, DRAINMOD-N II. Transactions of the ASAE, 48. 6: 2205-2212.
Zur, B. 1996. Wetted soil volume as a design objective in trickle irrigation. Irrigation Science, 16.3: 101-105.