تخمین رطوبت خاک با تعیین ضرایب منحنی رطوبتی ون‌گنوختن در آبیاری قطره‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

در این مطالعه، دقت شبیه‌سازی توزیع دو بعدی رطوبت خاک با اعمال ضرایب منحنی رطوبتی برآوردی از مدل‌های پنج‌گانه برنامه Rosetta و دو روش حل معکوس و دونقطه‌ای در محیط Hydrus-2D برای یک سیستم آبیاری قطره‌ای بررسی شد. بیش­ترین دقت برآورد ضرایب مدل ون‌گنوختن به ‌‌روش دو نقطه‌ای با 06/0=RMSE و کم­ترین دقت به مدل 5 برنامه رزتا با 87/0=RMSE تعلق داشت. در همین راستا، منحنی‌های رطوبتی برآوردی نیز بیانگر بیش­ترین شباهت نتایج روش‌های حل معکوس و دونقطه‌ای به منحنی رطوبتی اندازه‌گیری شده با cm3cm-3 008/0=RMSE برای روش معکوس و 022/0 برای روش دونقطه‌ای است. همچنین نتایج شبیه‌سازی توزیع دوبعدی رطوبت در پروفیل خاک نشان داد که دقت روش دونقطه‌ای با  cm3cm-3046/0=RMSE و 97/0=R2 بیش از سایر روش‌ها و دقت مدل 1 و 2 برنامه رزتا با cm3cm-307/0=RMSE کم­تر از سایر روش‌ها بود. بیش­تر بودن دقت شبیه‌سازی توزیع دوبعدی رطوبت به‌عنوان نتیجه نهایی کار با توجه به دقت قابل قبول برآورد ضرایب هیدرولیکی مدل رطوبتی و منحنی رطوبتی در روش دونقطه‌ای قابل انتظار است. ضمن آن‌که به‌کارگیری این روش با نیاز اطلاعاتی دو نقطه رطوبتی در مقایسه با روش حل معکوس با نیاز اطلاعاتی بیش­تر از دیدگاه هزینه‌بر بودن و زمان‌بر بودن و از نظر دقت برای شبیه‌سازی توزیع دوبعدی رطوبت قابل توصیه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Soil Moisture Estimation by Determining of van Genuchten Retention-Curve Coefficients in Drip Irrigation

نویسندگان [English]

  • Hamid Zare Abyaneh 1
  • narges Mahdavi Moghadam 2
  • hossien Bagheri 1
1 Associate Professor in Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan
2 M.Sc. in Irrigation and Drainage, Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran.
چکیده [English]

The accuracy of two-dimensional soil moisture simulation was studied with using retention curve coefficients that was estimated by five models of Rosetta program and inverse solution and two-point methods in Hydrus-2D for a drip irrigation system. The high accuracy was for the two-point method with RMSE=0.06 and low accuracy was for model 5 of Rosetta with RMSE=0.87 in estimating retention-curve coefficients. In this regard, determined retention curves with inverse and two-point methods were very similar to measured retention curve with RMSE=0.008 cm3 cm-3 for inverse method and RMSE=0.022 for two-point method. Results of two-dimensional moisture simulation in soil profile also showed the accuracy of two-point method with RMSE=0.046 cm3 cm-3 and R2=0.97 which was higher than the accuracies of other methods, and models 1 and 2 of Rosetta program with RMSE=0.07 cm3 cm-3 had lower accuracy than the other methods. It is acceptable that the two-point had higher accuracy because of high accuracy in determining retention curve and its hydraulic coefficients. In addition, this method is recommendable from the standpoint of being costly, time-consuming and needing to two-point of retention curve in comparison to inverse method that needs more point and because of accuracy for simulating two-dimensional moisture distribution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • HYDRUS-2D
  • Inverse solution
  • Rosetta program
  • Soil hydraulic parameters
  • Two-point method
اژدری،خ. 1387. شبیه­سازی توزیع رطوبت در خاک در سیستم آبیاری قطره­ای با استفاده از مدل HYDRUS-2D. علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 15.1: 168-180.
اسماعیل‌نژاد،ل.، سیدمحمدی،ج و شعبان­پور،م. 1395. مقایسه روش فراکتالی و رزتا در تخمین منحنی رطوبتی خاک. دانش آب و خاک. 26 .1: 193-205.
افشار جهانشاهی،م.، زارع ابیانه،ح.، نقوی،ح و اسلامی،ا. 1391. بررسی تاثیر دو عمق نصب قطره‌چکان با دبی‌های یکسان بر توزیع رطوبت در سیستم آبیاری قطره‌ای زیرسطحی و شبیه‌سازی آن با مدل HYDRUS-2D. فصل­نامه مهندسی آبیاری و آب ایران. 3.10: 101-113.
باقری،ح.، زارع ابیانه،ح.، افراسیاب،پ و افروزی،ع. 1394. بررسی دقت روش­های مختلف در تعیین ضرایب شبیه منحنی رطوبتی و گنوختن. فصل­نامه مهندسی منابع آب ایران. 8: 41-52.
بای‌بوردی،م. 1383. اصول مهندسی آبیاری. جلد اول، چاپ هشتم، انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
پوریزدان‌خواه،ه.، خالدیان،م.، بیگلویی،م و رخسار،ش. 1393. شبیه‌سازی توزیع رطوبت تحت یک منبع خطی در خاک سنگین با استفاده از مدل هایدروس دوبعدی. پژوهش آب در کشاورزی. 3.28:611-599.
خان‌محمدی،ن.، رضایی،ح.، بشارت،س و بهمنش،ج. 1391. ارزیابی شبیه‌سازی پروفیل رطوبتی خاک در آبیاری قطره‌ای براساس مشخصات هیدرولیکی خاک و اندازه‌گیری‌های میدانی. آبیاری و زهکشی ایران. 6.1: 10-1.
رمضانی،م.، صالحی خشک­رودی،ش و لیاقت،ع. 1392. برآورد منحنی مشخصه رطوبتی خاک با استفاده از اندازه‌گیری دو نقطه‌ای. پژوهش آب در کشاورزی. 27.3: 346-337.
رمضانی،م.، قنبریان علویجه،ب.، لیاقت،ع و صالحی‌خشک­رودی،ش. 1390. برآورد توابع انتقالی به ‌منظور تخمین منحنی مشخصه رطوبتی خاک‌های شور و شور سدیمی. آب و آبیاری. 1.1: 110-99.
زارع ابیانه،ح.، فرخی،ا.، اژدری،خ و وظیفه‌دوست،م. 1392. ارزیابی مدل HYDRUS-1D در شبیه­سازی رطوبت و نیتروژن در خاک مزرعه پیاز تحت آبیاری قطره­ای. پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 20.5: 19-1.
شفیعی،م.، قهرمان،ب.، ثقفیان،ب.، داوری،ک و وظیفه‌دوست،م. 1393. واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAP با استفاده از روش GLUE. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 28 .2: 477-488.
عباسی،ف. 1386، فیزیک خاک پیشرفته. چاپ اول. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
فروغی،ف و قائمی،ع.ا. 1384. تعیین عمق بهینه آب آبیاری گندم براساس خط مشی‌های مختلف مدیریتی در آبیاری بارانی عقربه‌ای. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 9.2: 1-15.
محمدی،ا و دلبری،م. 1394. شبیه‌سازی حرکت آب و نمک در خاک با استفاده از نرم­افزار HYDRUS-2D. دانش آب و خاک. 25.1: 78-67.
مهدیان،م.س و قهرمان،ب. 1392. رابطه تجربی بین شاخه خشک و تر منحنی رطوبتی خاک با استفاده از مدل ون‌گنوختن. مجله پژوهش‌های خاک (علوم خاک و آب). 27.4: 521-529.
Abbasi,F., Jacques,D., Simunek,J., Feyen,J and Van Genuchten,M.Th. 2003a. Inverse estimation of the soil hydraulic and solute transport parameters from transient field experiments: Heterogeneous soil. Transactions of the ASAE. 46.4: 1097-1111.
Abbasi,F., Simunek,J., Van Genuchten,M.Th., Feyen,J., Adamsen,F.J., Hunsaker,D.J., Strelkoff,T.S and Shouse,P. 2003b. Overland water flow and solute transport: Model development and field data analysis. Irrigation and Drainage Engineering. 129.2: 71-81.
Cote,C.M., Bristow,K.L., Charlesworth,P.B., Cook,F.J and Thorburn,P.J. 2003. Analysis of soil wetting and solute transport in subsurface trickle irrigation. Irrigation Science. 22: 143-156.
Cresswell,H.P., Coquet,Y., Bruan,A and McKenzi,N.J. 2006. The transferability of Australian pedotransfer functions for predicting water retention characteristics of French soils. Soil Use Management. 22: 62-70.
Gimenez,D., Perfect,E., Rawls,W.J and Pachepsky,Y. 1997. Fractal models for predicting soil hydraulic properties: A review. Engineering Geology. 48:161-183.
Lambot,S., Javaux,M., Hupet,F and Vanclooster,M. 2002. A global multilevel coordinate search procedure for estimating the unsaturated soil hydraulic properties. Water Resources Research. 38.11: 1-15.
Pan,L and Wu,L. 1999. Inverse estimation of hydraulic parameters by using simulated annealing and downhill simplex method. In Proc. Int. Workshop on Characterization and Measurements of the Hydraulic Properties of Unsaturated Porous Media, Eds. Van Genuchten, M.TH., Leij, F. and Wu, L., University of California, Riverside. 769-782.
Patel,N and Rajput,T.B.S. 2008. Dynamics and modeling of soil water under subsurface drip irrigated onion. Agricultural Water Management. 95: 1335-1345.
Ritter,A., Hupet,F., Monuz-Carpena,R., Lambot,S. And Vanclooster,M. 2003. Using inverse methods for estimating soil hydraulic properties from field data as an alternative to direct methods. Agricultural Water Management. 59: 77-96.
Schaap,M.G and van Genuchten,M.Th. 2005. A modified Mualem–van Genuchten formulation for improved description of the hydraulic conductivity near saturation. Vadose Zone Journal. 5:27–34.
Schaap,M.G., Leij,F.J and van Genuchten,M.Th. 2001. Rosetta: A computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology. 251: 163-176.
Simunek,J., Huang,K., Senjna,M and van Genuchten,M.Th. 1998. The Hydrus-1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variability-saturated media. Version 1.01GWMCTPS-70. International Ground Water Modeling Center, Colorado School of Mines, Golden, Colorado.
Simunek,J., Sejna,M and Van Genuchten,M.Th. 2006. The HYDRUS Soft ware package for simulating two- and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media. Technical Manual, Version 1.0. PC Progress, Prague, Czech Republic.
Van Genuchten,M.Th. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal. 44:892-898.
Vrugt,J.A., Gupta,H.V., Buten,W and Sorooshian,S. 2003. A shuffled complex evolution metropolis algorithm for optimization and uncertainty assessment of hydrologic model parameters. Water Resources Research. 39.8:1-14.
Wang,F.X., Kang,Y and Liu,S.P. 2006. Effects of drip irrigation frequency on soil wetting pattern and potato growth in north China Plain. Agricultural Water Management. 79: 248-264.