آنالیز روش‌های برآورد نفوذپذیری خاک در اراضی آبیاری‌شده با پساب شهری تصفیه‌شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل ، زابل، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 استادیار موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

4 مربی گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

 کیفیت آب آبیاری از جمله مهم­ترین عوامل مؤثر بر میزان نفوذپذیری خاک می­باشد. نظر به استفاده گسترده از پساب­های شهری در کشاورزی فاریاب در سال­های اخیر، تخمین میزان نفوذپذیری با استفاده از روش مناسب در مزارع تحت آبیاری با این منابع آبی، امری ضروری در راستای اعمال صحیح مدیریت آبیاری می­باشد. لذا در این پژوهش، معادله­های فیلیپ، کاستیاکف، کاستیاکف-لوئیس، گرین امپت، هورتن، سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS) و مدل­های رگرسیون خطی در تخمین میزان نفوذپذیری ارزیابی شد. آزمایش­های لازم در 190 هکتار از اراضی تحت کشت گندم با شش کلاس بافت خاک رس­سیلتی، لوم­رسی، لوم­شنی، لوم، شن­لومی و لوم­رسی­سیلتی انجام شد. آبیاری در این اراضی با استفاده از پساب تصفیه شده با قدمتی فراتر از 10 سال انجام می­شود. کل منطقه به پیکسل­هایی با ابعاد 150 در 150 مترمربع تقسیم شد و میزان نفوذ تجمعی در مرکز هر پیکسل با استفاده از استوانه­های مضاعف تعیین شد. علی­رغم وجود ارتباط معنی­دار بین مقایر هدایت الکتریکی، درصد شن، رس، سیلت، سدیم تبادلی و چگالی ظاهری، نتایج برآورد مقادیر نفوذ تجمعی با توابع انتقالی رضایت­بخش نبود. مدل کاستیاکف و هورتن بهترین عملکرد را در بافت رس­سیلتی داشتند در حالی­که سایر مدل­ها برای بافت لوم-رسی-سیلتی مقادیر واقع­بینانه­تری ارایه دادند. مدل گرین-امپت و کاستیاکف با مجذور مربعات خطا و خطای انحراف به ترتیب برابر با 16/0 و 57/0 سانتی­متر و 03/0- و 04/0 سانتی­متر و ضریب کارایی به­ترتیب برابر با 74/0 و 78/0، بیش­ترین انطباق را با داده­های مشاهده­ای نفوذ تجمعی داشتند. براساس نتایج، استفاده درازمدت از فاضلاب تصفیه­شده، موجب تجمع بیش­ از حد مجاز نمک و سدیم در لایه­های سطحی خاک و در نتیجه، کاهش چشم­گیر نفوذپذیری در تمام بافت­های مورد بررسی در اراضی تحت آبیاری با فاضلاب شهری زابل شد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of soil Infiltration Estimation Methods in Irrigated lands with Zabol Municipal Treated wastewater

نویسندگان [English]

  • Nasir Roushenas 1
  • Fatemeh Karandish 2
  • Seyed Mahmoud Tabatabaey 2
  • Ali Reza Hasanoghli 3
  • Salman Sharifazari 4
1 MSc student, Water Engineering Department, University of Zabol., Zabol., Iran
2 Assistant Professor, Water Engineering Department, University of Zabol., Zabol., Iran
3 Assistant Professor, Agricultural Engineering Research Institute
4 Researcher, Water Engineering Department, University of Zabol., Zabol., Iran
چکیده [English]

Water quality is one of the most affective factors on soil infiltration. The widespread use of wastewater in recent years caused the accurate estimation of soil infiltration to be essential for achieving proper irrigation management. Therefore, Philip, Kostiakov, Kostiakov-Lewis, Green-Ampt,Horton, SCS and linear regression models for soil infiltration estimation were evaluated. Infiltration experiments were carried out in an area of 190 ha of agricultural lands under wheat cultivation, around the Zabol refinery of municipal waste water for six soil texture classes include silty clay, clay loam, sandy loam, loam, loamy sand, silty clay loam. These lands are irrigated with treated wastewater for over 10 years. The study area was divided into pixels with 150mÍ150m size. The cumulative infiltration was determined using double ring experiment. Some physicochemical soil properties were determined in soil samples taken from the center of each pixel.  Despite of significant relation between soil infiltration and EC, sand, clay and silt percentage, exchangeable sodium and bulk density, transfer functions didn’t led to satisfactory results for cumulated infiltration. Kostiakov and Horton models were the best profitable models for silty clay soils. Whereas, the others were the best for cumulative infiltration estimation in silty clay loam soils. Green-Ampt and Kostiakov models were the best fitted on the observed cumulative infiltration data with root mean square, mean bias error and efficient coefficient of 0.16 and 0.15 cm, -0.03 and 0.04 cm, and 0.74 and 0.78 cm, respectively. The considerable reduction in soil infiltration due to over accumulation of salt and sodium in the surface soil layers through long term application of waste water in the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • exchangeable sodium
  • infiltration models
  • transfer function
  • Wastewater
  • Wheat
آزادگان،ب. 1388. تاثیر تراکم خاک­های زراعی بر نفوذپذیری و کارآیی مصرف آب در منطقه­ی پاکدشت. مجله­ی آبیاری و زهکشی ایران. 3.2: 60-70.
حسن­اقلی،ع.، میراب­زاده،م. 1384. بررسی چگونگی تغییرات هدایت هیدرولیکی اشباع خاک در نتیجه­ اجرای عملیات آبیاری با فاضلاب خانگی و پساب تصفیه­شده­ی آن. علوم کشاورزی. 4(11) :99-108.
بخست،س.، پذیرا،ا.، همایی،م. 1389. تغییرات نفوذپذیری بر اثر شرای متغیر شوری و شوری-قلیائیت خاک. اولین کنگره­ی بین­المللی مدل­سازی گیاه، آب، خاک، هوا. کرمان.
محمدی،م.ح و رفاهی،ح.ق. 1384. تخمین پارامترهای معادلات نفوذ توسط خصوصیات فیزیکی خاک. علوم کشاورزی ایران. 36.6: 1391-1398.
مرادی­باصری،ح.، قربانی­دشتکی،ش.، خداوردی­لو،ح.، خلیل­مقدم،ب.، گیوی،ج. 1394. مقایسه­ی کارآیی برخی مدل­های نفوذ آب به خاک در خاک­های ورتیسول و غیرورتیسول. پژوهش آب ایران. 5.8: 187-196.
ابراهیمی،ک.، نایب­لویی،ف. 1387. نفوذپذیری خاک­ها و وابستگی آن­ها با مشخصات فیزیکی و شیمیایی مربوطه، مطالعه­ی مودری: مزرعه­ی پردیس ابوریحان. دومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی. اهواز.
قلمباز،س، برومند نسب،س و کشکولی،ح.ع. 1387. اثر آبیاری با پساب بر روی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک. اولین همایش بهره­برداری بهینه از منابع آب استان لرستان، خرم­آباد. شهریور.
Abo- Gohobar,H. M. 2000. Influence of irrigation water quality on soil infiltration. Irrigation Sceiences. 14: 15-19.
Amer,K.H. 2010.Corn crop response under managing different irrigation and salinity levels. Agricultural Water Management. 97: 1553-1563.
Bennett,J.P. 1974. Concepts of mathematical modelling of sediment yield. Water Resources Research. 10: 485–492.
Bergiund,E.R.,  Ahyoud,A and Tayaa,M. 2003. Comparison of soil and infiltration properties of range and afforested sites in northern Morocco.Forest Ecology and Management.3: 295- 306.
Chu,X and Miguel,A.M. 2005. Determination of ponding condation and infiltration into layered soils undfr unsteady rainfall. Journal of hydrology. 313: 195-207.
Emdad,MR., Fardad,H and Siadat,H. 2003.The effect of water quality (sodic and salt waters) on final infiltration rate in furrow irrigation. Journal of Soil and Water Sciences. 17.2: 1-10.
Ersahin,S. 2003. Comparing Ordinary Kriging and Cokriging to Estimate Infiltration Rate, Soil Science Society of America Journal (sssaj). 67.6: 1848-1855.
Fakher-Nikche,A., Vafakhah,M and Sadeghi,S.H.R. 2014. Efficiency of different infiltration models in different land use and soil classes using rainfall simulator. Journal of Water and Soil Knowledge. 24.1:183-193.
Coppola,A., Santini,A., Botti,P., Vacca,S., Comena,V and Severino,G. 2004. Methodological approach for evaluating the response of soil hydrological behavior to irrigation with treated municipal wastewater. Journal of Hydrology. 292:114-134
Ghorbani-Dashtaki,Sh., Homaei,M and Mahdian,MH. 2009. Estimating the infiltration parameters using neural network. Journal of Water and Soil. 23.1: 185-198.
Green,W.H and Ampt,G.A.  1911. Studies of soil physics: I. The flow of air and water though soils. Journal of Agricultural Science. 4:1-24.
Gupta,S.C., Dowday,RH and Larson,W.E. 1977. Hydraulic and thermal properties of sandy soil influenced by incorporation of sewage sludge. Soil Science Society of American Journal. 41: 601-605.
Hadas,A.H and Frenkel,H. 1982. Infiltration as affected by long-term use of sodic-saline water for irrigation. Soil science society of American Journal. 46.2: 524-530.
Hartley,D.M. 1992. Interpretation of Kostiakov infiltration parameters for borders. Joural of Irrigation and Drainage Engineering. ASCE. 118.1: 156-164.
Haverkamp,R., Kutilek,M., Parlange,J.Y., Rendon,L and Krejca,M. 1988. Infiltration under ponded conditions: 2. Infiltration equations tested for parameter time-dependence and predictive use. Soil Science. 145.5: 317-329.
Horton,R.E. 1940. Approach towards a physical interpretation of infiltration capacity. Soil Science Society of American.5: 399-417.
Jnan,w., Pute,w and Xining,z. 2013. Soil infiltration based on bp neural network and grey relation analysis.Braizil Soil Science Society.37: 97-105.
Kirkham,M.B. 2005. Principles of Soil and Plant Water Relations.Elsevier Academic Press.London.
Kostiakov,A.N. 1932. On the dynamics of thecoefficient of water percolation in soils and thenecessity for studying it from a dynamic point ofview for purpose of amelioration. Translated from International Congress on Soil Science.17-21.
MezencevV.J. 1948. Theory of formation of the surface runoff.Meteorology.I gidrologia.3: 33–46 (in Russian).
Mishra,K., Tyagi,V and Singh,P. 2003. Comparison of infiltration models. Hydrological Processes 17: 2629-2652.
Mbagwu,J.S.C. 1992. Improving the productivity of a degraded Ultisol in Nigeria using organic and inorganic amendments. Part2. Changes in physical properties. Bioresource Technology. 42:167-175.
Nadav,I., Arye,G., Tarchitzky,J and Chen,Y. 2012. Enhanced infiltration regime for treated-wastewater purification in soil aquifer treatment (SAT). Journal of Hydrology 421:275– 283.
Nash,J.E and Sutcliffe,J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models. Part 1: a discussion of principles. Journal of Hydrology. 10: 2082–2090.
Neshat,A and Pareh-Kar,M. 2007. Comparing the methods of determining the vertical water infiltration into soil. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources. 4: 1-10.
Parchami-Araghi,F., Mirlatifi,S.M., Ghorbani-Dashtaki,S.h and Mahdian,M.H. 2010. Estimating cumulative soil water infiltration using pedo-transfer functions in calcareous soils. Journal of Water and Soil Conservation. 17.3: 25-44.
Parchami araghi,F., Mirlatifi,S.M.m., Ghorbani dashtaki,S and Mahdian,M.H. 2013. Point estimation of soil water infiltration process using Artificial Neural Networks for some calcareous soils.Journal of hydrology. 481, 35–47.
Philip,J.R. 1957. The theory of infiltration (I).The infiltration equation and its solutions.Soil Science. 83:345-347.
Pina,S., Garcia-Orenes,F., Mataix,H., Jordan,M.M and Mataix-Solera,J. 2009. Effect of the irrigation with waste water on two different Mediterranean soils under greenhouse conditions.Geophysical Research Abstracts. 11: 12-564.
Rhoades,J.D., Kandiah,A and Mashali,A.M. 1992. The use of saline waters for crop production. FAO Irrigation and Drainage paper No. 48.
Shaver,T.M., Peterson,G.A., Ahuja,L.A., Westfall,D.G., Sherrod,L.A and Dunn,G. 2002. Surface soil properties after twelve years of dryland no-till management. Soil Science Society of American. 66: 1296–1303
Shukla,M.K., Lal,R  and Unkefer,P. 2003. Experimental evaluation of infiltration models for different land uses. Soil Science. 168.3: 178-191.
Sy,N.L. 2006. Modelling the infiltration process with a multi-layer perceptron artificial neural network. Hydrology. Science Journal. 51.1: 3-20.
Turner,E.R. 2006. Comparison of infiltration equations and their field validation with rainfall simulation.M.Sc. Thesis, University of Maryland, USA.
Vinten,A.J.A., Mingelgrin,U and Yaron,B. 1983. The effect of suspended solids in wastewater on soil hydraulic conductivity: II. Vertical distribution of suspended solids. Soil Science Society of American Journal. 47: 408-412.
Uloma, A.R., Samuel,A.Ch  and Kingsley,L.K. 2014. Estimation of Kostiakov’s infiltration model parameters of some sandy loam soils of Ikwuano – Umuahia, Nigeria. Open transaction on geosciences. 1.1: 34-38.
US Department of Agriculture Natural Resources and Conservation Service, 2005. National Engineering Handbook, Part 623, Surface Irrigation. National Technical Information Service, Washington, DC (Chapter 4).
Wuest,S.B., Williams,J.D and Gollany,H.T. 2006. Pedotransfer functions on ponded infiltration for seven semi-arid loess soils. Journal of Soil and Water Cons. 61: 218-223.