کاربرد مدل‌های SIRMOD و HYDRUS-3D برای شبیه‌سازی کامل فرایند آبیاری جویچه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای آبیاری و زهکشی, گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی, دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

یکی از نرم افزارهای معروف برای شبیه­سازی آبیاری جویچه­ای نرم افزار SIRMOD می­باشد که از روابط سنت ونانت برای شبیه­سازی مراحل مختلف آبیاری جویچه­ای و از تابع نفوذ کوستیاکوف-لوئیس برای برآورد حجم آب نفوذیافته استفاده می­کند. روش تعیین ضرائب معادله نفوذ، در نظر گرفتن فرضیات ساده­ساز برای معادله نفوذ و یک بعدی فرض شدن پدیده نفوذ در نرم افزار مذکور باعث می­شود تا برخی از عوامل مؤثر در پدیده نفوذ نادیده گرفته شوند. بنابراین استفاده از نرم افزاری مانند HYDRUS که در آن از معادله ریچاردز به عنوان معادله اساسی جریان استفاده شده و بسیاری از عوامل مؤثر در پدیده نفوذ را در نظر می­گیرد، می­تواند دقت تخمین حجم آب نفوذیافته و در نتیجه دقت شبیه­سازی­ها را افزایش دهد. در این تحقیق پس از انجام آزمایش­های صحرایی و  ثبت داده­های مورد نظر، مراحل مختلف آبیاری جویچه­ای در نرم افزار SIRMOD شبیه­سازی شد و نتایج حاصل از آن به عنوان شرایط اولیه و مرزی وارد نرم افزار HYDRUS-3D گردید تا حجم آب نفوذیافته با استفاده از معادله ریچاردز به­دست آید. در نهایت مقادیر شبیه­سازی شده توسط دو مدل با مقادیر آزمایش­های عملی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل هیدرودینامیک کامل در SIRMOD توانایی بالایی در پیش­بینی مراحل مختلف آبیاری به­ویژه مرحله پیشروی دارد و مدل HYDRUS سه بعدی نیز حجم آب نفوذیافته و هیدروگراف جریان خروجی را با دقت بیش­تری در مقایسه با SIRMOD شبیه­سازی می­کند. مقایسه نتایج حاصل با مقادیر اندازه­گیری شده نشان داد کاربرد توام دو نرم افزار مذکور دقت شبیه­سازی مقادیر نفوذ و رواناب را افزایش می­دهد و مزیت مهم دیگر آن شبیه­سازی نحوه توزیع رطوبت خاک در تمامی مراحل آبیاری می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of the SIRMOD and HYDRUS-3D Models to Completely Simulate the Furrow Irrigation Process

نویسندگان [English]

  • Saeid Noorabadi 1
  • Seyed Ali Ashraf Sadraddini 2
  • Amir Hossein Nazemi 3
  • Reza Delirhasannia 4
1 Ph.D. Candidate of Irrigation and Drainage, Faculty of agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
2 Professor of water engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
3 Professor of water engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
4 Assistant of water engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
چکیده [English]

SIRMOD as one of the widely used softwares for simulation of furrow irrigation uses Saint- Venant equations to describe different phases of furrow irrigation and Kostiakov-Lewis infiltration model to predict the infiltrated water volume during irrigation. The method of determining the coefficients of the infiltration equation, simplified assumptions for infiltration equation and considering infiltration as a one-dimensional phenomenon cause some effective factors in the infiltration process to be neglected. Therefore, using a software such as HYDRUS that uses Richards equation as basic water movement equation and considers many effective factors in infiltration, can increase the accuracy of predicted infiltrated water volume and consequently simulation accuracy. In this research, after conducting field experiments and recording related data, all phases of furrow irrigation were predicted using the SIRMOD and the results were introduced to the HYDRUS-3D as initial and boundary conditions to determine the infiltrated water volume using the Richards equation. Finally, the simulated values from two models were compared with the experimental data. Results showed that the complete hydrodynamic model in SIRMOD had high ability in the prediction of all phases of the irrigation, especially in advance phase and the HYDRUS-3D model simulated the infiltrated water volume and outflow hydrograph more accurately than SIRMOD model. Comparison of results from the models and measured values showed that incorporation of the two softwares would increase the accuracy of simulated infiltration and run-off values. In addition, the important advantage of this method is simulating soil water distribution during all irrigation phases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Furrow irrigation
  • HYDRUS
  • Richards equation
  • Saint-Venant equations
  • Simulation
  • SIRMOD
بهبهانی،م.ر.، بابازاده،ح. 1384. ارزیابی مزرعه­ای مدل آبیاری سطحی (SIRMOD) (مطالعه موردی در آبیاری شیاری). مجله علوم کشاورزی ومنابع طبیعی. سال دوازدهم، شماره 2، صفحه 10-1.
عباسی،ف. 1386. فیزیک خاک پیشرفته. انتشارات دانشگاه تهران.
مصطفی زاده،ب.، موسوی،ف. 1375. آبیاری سطحی (تئوری و عمل). انتشارات فرهنگ جامع، تهران.
Abbasi,F., Feyen,J and van Genuchten,M.Th. 2004. Two-dimensional simulation of water flow and solute transport below furrows: model calibration and validation. Journal of Hydrology 290: 63-79.
Bufon,V.B., Lascano,R.J., Bednarz,C., Booker,J.D and Gitz,D.C. 2012. Soil water content on drip irrigated cotton: comparison of measured and simulated values obtained with the Hydrus 2-D model. Irrigation Science. 30(4): 259-273.
Kandelous,M.M., Simunek,J., vanGenuchten,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.
Klark,B., Hall,L., Davids,G., Walker,W and Eckhardt,J. 2009. Application of SIRMOD to evaluate potential tailwater reduction from improved irrigation management. Proceeding World Environmental and Water Resources Congress, Reston, VA, USA: 1-11.
Maheshwari,B.L and McMahan,T.A. 1993. Performance evaluation of border irrigation model for southeast Australia,  Part 2: Overall suitability for field application. Journal of Agriculture Engineering Research, 54: 127-139.
 Mehana,H.M., El-Bagoury,K.F., Hussein,M.M and El-Gindy, A.M. 2009. Validation of surface irrigation Model SIRMOD under clay loam soil conditions in Egypt. Misr Journal Agricultural  Engineering, 26(3): 1299- 1317.
McClymont,D.J., Smith,R.J and Raine,S.R. 1999. An integrated numerical model for the design and management of surface irrigation. International Conference on Multi-Objective Decision Support Systems, Brisbane, Australia: 148-160.
Provenzano,G. 2007. Using HYDRUS-2D simulation model to evaluate wetted soil volume in subsurface drip irrigation systems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 133(4): 342-349.
Renault, D., and Wallender, W. W. 1997. Surface storage in furrow irrigation evaluation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 123(6): 415-422.
Simunek,J., Sejna,M and vanGenuchten,M.Th. 2006. The HYDRUS software package for simulating two- and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media, HYDRUS Technical Manual, Version 1.0, PC Progress, Prague, Czech Republic, 241 p.
Siyal,A.A and Skaggs,T.H. 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation. Journal of Agricultural Water Management, 96: 893-904.
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, ASCE,130(4): 304-310.
Walker,R.W. 1987. Surface irrigation and simulation model (SIRMOD). Utah State University, Utah, USA, 450 p.