شبیه سازی توزیع رطوبت خاک اطراف قطره چکان در آبیاری قطره ای پالسی و پیوسته به روش آنالیز ابعادی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تهران

چکیده

سابقه و هدف: در دهه‌های اخیر آبیاری قطره‌ای به جهت کاهش آب کاربردی، افزایش در عملکرد گیاه و توزیع بهتر کود مورد توجه قرارگرفته است. کاهش آب کاربردی به این دلیل است که در آبیاری قطره‌ای به‌جای همه سطح زمین فقط خاک محدوده ریشه گیاه مرطوب می‌شود. آبیاری پالسی مجموعه‌ای از چرخه‌ها است که هر کدام از چرخه‌ها از یک فاز آبیاری و یک فاز استراحت تشکیل می‌شود (12). کاربرد متناوب آب در آبیاری قطره‌ای باعث می‌شود که جبهه پیشروی با آب کمتری نسبت به جریان مداوم تکمیل گردد. آبیاری قطره‌ای پالسی با مدیریت خوب، پتانسیل زیادی در بهبود توزیع یکنواختی آب در خاک و در نهایت افزایش جذب به وسیله ریشه گیاه را به صورت توامان به همراه دارد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق از یک مدل فیزیکی برای شبیه سازی حالت آبیاری قطره‌ای در مزرعه استفاده شد. سه تیمار بافت خاک سنگین، متوسط و سبک، دو تیمار دبی قطره‌چکان 4/2 و 8 لیتر بر ساعت (به ترتیب Q1 و Q2) و دو روش آبیاری قطره‌ای پالسی و پیوسته بکار گرفته شد. در ادامه با استفاده از یکی از روش های مطرح در شبیه سازی حرکت آب در خاک، یعنی آنالیز ابعادی و با استفاده از قضیه π باکینگهام و به‌دست آوردن تعدادی اعداد بی بعد و ارتباط بین اعداد بی بعد یک سری معادلاتی حاصل می‌شود که این معادلات امکان برآورد توزیع رطوبت و الگوی جبهه پیشروی و چگونگی توزیع آنها در محدوده مرطوب شده خاک را فراهم می‌کنند. در آخر هم به منظور مقایسه مقادیر شبیه سازی شده و اندازه گیری شده از شاخص‌های آماری حداکثر خطا (ME) و میانگین ریشه دوم خطا (RMSE) استفاده گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد مؤلفه افقی رطوبت در دبی 4/2 لیتر بر ساعت در حالت پالسی برای خاک‌های رسی، لومی و شنی به ترتیب 33، 30 و 5/20 می‌باشد که بیشتر از توزیع افقی رطوبت در حالت پیوسته ( به ترتیب 28، 26 و 6/18) است. مؤلفه عمودی رطوبت در دبی 4/2 لیتر بر ساعت در حالت پالسی (به ترتیب برای رس، لوم و شن 2/21، 27 و 50) برای همه خاک‌ها بیشتر از حالت پیوسته ( به ترتیب 19، 22 و 43) است. با مقایسه توزیع رطوبت در جهت افقی نشان می‌دهد که مؤلفه افقی خاک مرطوب شده هم برای پالسی و هم برای پیوسته در دبی 8 لیتر بیشتر از دبی 4/2 لیتر است. افزایش مؤلفه‌های افقی و عمودی رطوبت در آبیاری پالسی را می‌توان این‌طور استدلال کرد که کاربرد متناوب آب در آبیاری قطره‌ای باعث می‌شود که جبهه پیشروی با آب کمتری نسبت به جریان مداوم تکمیل گردد همچنین با استفاده از روش آنالیز ابعادی معادلاتی برای شبیه سازی توزیع رطوبت در اطراف قطره‌چکان برای دو حالت آبیاری پالسی و پیوسته به دست آمد.
نتیجه گیری: با ارزیابی توسط شاخص‌های آماری مشخص شد که عملکرد معادله‌های پیشنهادی در سطح مطلوب قرار داشته و نتایج آن‌ها از اعتبار قابل ملاحظه‌ای برخوردار می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of soil moisture distribution under drip irrigation pulsed and continuous in dimensional analysis method.

چکیده [English]

Background and Objectives: In recent decades, drip irrigation to reduce applied water, increasing yield and better distribution of fertilizer have been considered.in drip irrigation the soil around root zone of plants is moisten instead of whole soil surface which resulted in Reducing applied water. Pulse irrigation is a series of cycles, each cycle of an irrigation phase and a resting phase is formed (12). Water Alternating used in drip irrigation due to completed the wetting front with less water than a continuous stream. Pulse drip irrigation with good management, have great potential to improve the uniformity distribution of water in the soil and association with rise uptake by plant roots.
Materials and methods: In this study, using a physical model to simulate the condition of drip irrigation was used on the farm. Three soil textures including heavy, medium and light, and two discharge of dripper 2.4 and 8 liter per hour (respectively Q1 and Q2) and two pulse and continuous drip irrigation method was used. In addition, by using one of the proposed method of simulation water movement in soil, means dimensional analyses and by using Buckingham π theorem to obtain Dimensionless numbers with communication between them due to get some equation which allow to estimate moisture distribution, progressive front pattern and manner of distribution in wet soil. Finally, in order to compare simulated and measured values of statistical indicators maximum error (ME) and root mean square error (RMSE) was used.
Results: The results showed that the horizontal component of moisture respectively in clay, loam and sand soils are 33, 30 and 20.5 is more than in pulse method (respectively are 28, 26 and 18.6). Vertical component of moisture in discharge of dripper 2.4 L/h in pulse method (respectively for clay, loam and sand are 21.2, 27 and 50) was more than the continuous method (respectively are 19, 22 and 43) for all soils. By comparing the distribution of moisture in the horizontal direction indicates the horizontal component of moist soil for both pulsed and continuous in 8 L/h is more than 2.4 L/h. Increase moisture in the vertical and horizontal components can be argued that the use of intermittent irrigation water in drip irrigation makes up the wetting front with less water than continuous stream was completed. As well as by use of dimensional analysis for simulation water distribution around emitters for both pulse and continuous irrigation, equations was obtained.
Conclusion: Assessment by statistical indices show that the proposed equations were desirable and their results are of considerable reputation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dimensional Analysis
  • Moisture Distribution
  • Pulse Drip Irrigation
  • Wetting Front Simulation