شبیه‌سازی عددی رطوبت خاک در آبیاری قطره‌ای نواری زیرسطحی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان و گروه پژوهشی مهندسی آب و محیط زیست، پژوهشکده حوزه آبی دریای خزر، رشت، ایران

4 عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان گیلان، رشت، ایران

چکیده

برای طراحی سامانه آبیاری قطره­ای باید از نحوه توزیع و تغییرات رطوبت در خاک و ابعاد آن اطلاع داشت که تعیین صحرایی آن بسیار پرهزینه و زمان­بر است. هدف پژوهش حاضر بررسی عملکرد مدل عددی HYDRUS-2D در تخمین رطوبت خاک بعد از آبیاری زیرسطحی تحت منبع خطی در یک خاک با بافت سنگین بود. آبیاری در سه عمق نصب نوار 10، 20 و 30 سانتی­متر با سطوح 10، 15 و 20 لیتر در خاک رس­سیلتی با سه تکرار در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان گیلان انجام شد. داده­های شبیه­سازی شده و مزرعه­ای براساس شاخص­های آماری RMSE، nRMSE و CRM مقایسه شدند. نتایج نشان داد که کم­ترین و بیش­ترین­ مقدار RMSE، 013/0 و  cm3.cm-3045/0 بود. nRMSE همه تیمارها به­جز تکرار دوم سطح 10 لیتر و عمق 20 سانتی­متر، کم­تر از 10 درصد به­دست آمد که نشان­دهنده کارایی عالی مدل HYDRUS-2D در شبیه­سازی رطوبت خاک بود. بیش­ترین مقدار CRM، 100/0 و کم­ترین آن 065/0- به­دست آمد. با توجه به مطلوب بودن نتایج ارزیابی، می­توان از این مدل برای مدیریت بهینه آبیاری و طراحی سامانه­های آبیاری قطره­ای نواری زیرسطحی در خاک­های با بافت سنگین استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Soil moisture under Subsurface tape Drip Irrigation

نویسندگان [English]

  • Mohsen Gharah‌sheikh‌bayat 1
  • Mohammad Reza Khaledian 2
  • Mohammad Hassan Biglouei 3
  • Parisa Shahinrokhsar 4
1 M. Sc. Student of Irrigation and Drainage, University of Guilan., Rash., Iran
2 Assistant Professor, Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan., Rasht., Iran
3 Assistant professor, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan., Rasht., Iran
4 Researcher, Research Center for Agriculture and Natural Resources., Rasht., Iran
چکیده [English]

To design drip irrigation system, the distribution and changes in soil moisture should be determined in situ that it is very costly and time consuming. This study evaluated the performance of HYDRUS-2D model to estimate soil moisture after irrigation under subsurface line source was in a heterogeneous heavy soil. Irrigation was done at three tape installation depths of 10, 20 and 30 cm with three volumes of 10, 15 and 20 litters in silty clay soil with three repeating. Observed and simulated data were compared using statistical indices i.e. RMSE, nRMSE and CRM. Results showed that the minimum and maximum of RMSE values were 0.013 and 0.045 cm3.cm-3, respectively. nRMSE of all treatments except of one, the second replication of 10 liters of irrigation water with installation depth of 20 cm, were less than 10% categorized in the excellent class of soil moisture simulation. Maximum and minimum values of CRM were 0.100 and -0.065, respectively. Results from the model showed this model can be used in the design and management of subsurface drip irrigation systems in heterogeneous soils with heavy texture

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy soil texture
  • HYDRUS-2D model
  • Rasht
  • Simulation
  • soil moisture
آخوندعلی،ع.م.، یاوری­پور،ع. 1385. الگوهای رطوبتی ناشی از کاربرد عمودی لوله­های تراوا به طول 45 سانتی­متر. دوم آذر ماه. کمیته ملی آبیاری و زهکشی، دومین کارگاه فنی خردآبیاری، موسسه تحقیقات اصلاح بذر و نهال، کرج. صفحه 20-11.

اژدری،خ. 1387. شبیه­سازی توزیع رطوبت در خاک در سیستم آبیاری قطره­ای با استفاده از مدل HYDRUS-2D. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی 15. 1.: 14-1.

پوریزدان­خواه،ه و خالدیان،م.ر.  1391. بهبود کارایی مدل HYDRUS-2D در اثر اعمال تغییرات زمانی پارامترهای هیدرولیکی خاک. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 26. 6: 1449-1440.

حیدر­نژاد،م.، ضیاء­تبار­احمدی،م و گلمایی،س.ح. 1385. اصول خرد آبیاری. دومین کارگاه فنی خرد آبیاری، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، کرج، 108. 122-115.

علیزاده،ا. 1387. رابطه آب و خاک و گیاه. انتشارات آستان قدس رضوی. 484 صفحه.

علیزاده،ا. 1388. اصول و عملیات آبیاری قطره­ای.انتشارات آستان قدس رضوی. 460 صفحه.

­ملایی­کندلوس،م.، لیاقت،ع.ا و عباسی،ف. 1385. شبیه­سازی پیاز رطوبتی در آبیاری قطره ای با استفاده از مدل HYDRUS-2D. دومین کارگاه فنی کمیته ملی آبیاری و زهکشی، کرج، 108: 30-22.

Anonymous. 2009. Soil moisture equipment corp. MiniTrase Kit 6050X3K1B. (in site http://www.soilmoisture.com). USA.

Amin,M.S.M and Ekhmaj,A.I.M. 2006. DIPAC-drip irrigation water distribution pattern calculator. 7th International micro irrigation congress, 10–16 September, PWTC, Kuala Lumpur, Malaysia.

American Society of Agricultural Engineering (ASAE). (1999). Soil and water terminology. S 526.1. ASAEStandards. St. Joseph, MI.

Camp,C.R. 1998. Subsurface drip irrigation: A review. Transactions of the American society and agriculture engineering .41.5: 1353-1367.

Feddes,R.A., Kowalik,P.J and Zaradny,H. 1978. Simulation of Field Water Use and Crop Yield, John Wiley and Sons, New York, NY.

Jamieson,P.D., Porter,J.R and Wilson,D.R. 1991. A test of the computer simulation model ARCWHEAT1 on wheat crops grown in New Zealand. Field Crops Research. 27.4: 337–350.

Haverkamp,R.,P.J. Ross,K.R.J., Smetten and Parlange,J.Y. 1994. Three-dimensional analysis of infiltration from the disc infiltrometer. 2. Physically based infiltration equation. Water Resource Research. 30.11: 2931- 2935.

Kandelous,M.M and Simunek,J. 2010a. Numerical simulations of water movement in a subsurface drip irrigation system under field and laboratory conditions using HYDRUS-2D. Agricultural Water Management. 97.7: 1070–1076.

Kandelous,M.M and Simunek,J. 2010b. Comparison of numerical, analytical, and empirical models to estimate wetting patterns for surface and subsurface drip irrigation. Soil Science Society of America Journal. 28.5: 435–444.

Kandelous,M.M., Simunek,J., van Genuchten,M.Th., and Malek,K. 2011. Soil Water Content Distributions between Two Emitters of a Subsurface Drip Irrigation System. Soil Science Society of America Journal. 75.2: 488-497.

Patel,N and Rajput,T.B.S. 2008. Dynamics and modeling of soil water under subsurface drip irrigated onion. Agricultural Water Management, 95.12: 1335-1349.

Radcliffe,D.E and Simunek,J. 2010. Soil physics with HYDRUS modeling and applications. CRC press. Taylor and Francis Group. 373 pages.

Rahimzadegan,R. 1977. Water movement in field soil from a point source. M.Sc. Thesis, Utah state university, Logan, Utah, USA.

Richards,L.A. 1931. Capillary conduction of liquids in porous mediums. Physics. 1: 318–333.

Roberts,T.L., White,S.A., Warrick,A.W and Thompson,T.L. 2008. Tape depth and germination method influence patterns of salt accumulation with subsurface drip irrigation. Agricultural Water Management. 95.6: 669–677.

Simunek,J., Sejna,M and van Genuchten,M.T. 1999. The HYDRUS-2D software package for simulating two-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variably saturated media, Version 2.0. Report.

Siyal,A.A and Skaggs,T.H. 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation. Agricultural Water Management. 96.6: 669–677.

Skaggs,T.H., Trout,T.J., Simunek,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.

Van Genuchten,M.T. 1980. A closed from equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society American Journal. 44: 792-898.