بررسی دقت روش‌های غیر نقطه‌ای اندازه‌گیری نفوذ در طراحی سامانه آبیاری جویچه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه کردستان 

2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تهران

3 شرکت آب منطقه ای استان کردستان

چکیده

سابقه و هدف: نفوذ حساس‌ترین و غالباً مشکل‌ترین پارامتر برای ارزیابی در سیستم آبیاری سطحی است به خصوص این که خصوصیات نفوذ نسبت به زمان و مکان متغیر می‌باشد. به طور کلی تعداد نسبتاً زیادی اندازه‌گیری مزرعه‌ای نفوذ لازم است تا متوسط شرایط مزرعه را نشان دهد. هدف از این پژوهش دقت روش‌های غیر نقطه‌ای، استخراج معادلات نفوذ تجمعی نمونه و اصلاح شده با فرایند آبیاری، در شبیه‌سازی سامانه آبیاری جویچه‌ای انتها بسته می‌باشد. برای انجام شبیه‌سازی از مدل اینرسی صفر در نرم افزار WS و مدل های اینرسی صفر و هیدرودینامیک در نرم افزار SM استفاده شده است.
مواد و روش‌ها: این تحقیق در دو مزرعه از مزارع شرکت کشت و صنت نیشکر هفت‌تپه به نام‌های 1C201 و E201 که در آنها نیشکر در کف جویچه‌ها کشت شده بود، انجام شد. در هر کدام از مزارع 7 جویچه متوالی انتخاب شد. جویچه‌های زوج، آزمایشی و جویچه‌های فرد، نقش حایل را داشتند. متوسط طول جویچه‌ها در مزرعه 1C201، 268 متر و در مزرعه E201، 165 متر بود. در هر دو مزرعه شیب طولی جویچه‌های آزمایشی اندازه‌گیری و 001/0 (متر در متر) به دست آمد و عرض جویچه‌ها 5/1 متر و به روش انتها بسته آبیاری می‌شدند. به منظور تهیه آمار پیشروی و پسروی، طول جویچه‌ها به فواصل 20 متری ایستگاه‌گذاری شدند. در هر دو مزرعه 3 آبیاری متوالی ارزیابی شد. برای اندازه‌گیری دبی ورودی به جویچه‌های آزمایشی از WSC فلوم نوع 3 استفاده شد. معادلات نفوذ تجمعی نمونه کاستیاکوف لوئیس به روش ورودی – خروجی برای هر دو مزرعه به دست آمد. همچنین با استفاده از داده‌های پیشروی و پسروی و همچنین حجم آب ورودی و نفوذی در جویچه‌ها، معادلات نفوذ تجمعی نمونه اصلاح و معادلات نفوذ تجمعی اصلاح شده برای هر کدام از جویچه‌ها به تفکیک به دست آمد. سپس مقادیر پیشروی برای هر کدام از آبیاری‌های دو مزرعه، با استفاده از معادلات نفوذ تجمعی نمونه و اصلاح شده و مدل‌های هیدرودینامیک و اینرسی صفر دو نرم افزار WinSRFR و SIRMOD شبیه سازی شدند.
یافته‌ها: نتایج این تحقیق نشان داد که اعمال میزان دبی آزمایشات نفوذ در نرم‌افزار SM، فرایند شبیه‌سازی را به صورت قابل‌توجهی بهبود می‌دهد. همچنین مقایسه نتایج مدل‌های اینرسی صفر و هیدرودینامیک نرم‌افزار مذکور نشان داد که نتایج این مدل‌ها در شبیه‌سازی فرایند آبیاری جویچه‌ای انتها بسته با کشت نیشکر در کف جوبچه، مشابه بوده و اختلاف ناچیزی با هم دارند. ارزیابی نتایج شبیه‌سازی دو نرم‌افزار SM و WS در تحقیق حاضر نشان داد که در صورت استفاده از معادلات نفوذ تجمعی نمونه، دقت نرم‌افزارها در شبیه‌سازی فرایند پیشروی، در مزرعه 1C201 در درجات خوب و متوسط و در مزرعه E201 در رتبه ضعیف قرار داشت. با اصلاح معادلات نفوذ و استفاده از آنها در نرم‌افزارهای مذکور، میزان دقت شبیه‌سازی در مزرعه اول به رتبه عالی و در مزرعه دوم به درجات خوب و متوسط ارتقا یافت به‌طوری که این میزان بهبود بر اساس متوسط شاخص خطای مطلق نسبی در مزرعه 1C201، 63 درصد و در مزرعه E201 بیش از 56 درصد می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که نرم افزار SM در شبیه سازی آبیاری‌های هر دو مزرعه، با درصد میانگین مربعات خطای کمتر و درصد میانگین خطای مطلق کمتر عملکرد بهتری داشته است و هر دو نرم افزار مدت زمان‌های پیشروی محاسباتی را بیش از مقدار واقعی آنها پیش‌بینی کرده‌اند.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که اگر در طراحی، شبیه‌سازی و ارزیابی سامانه‌های آبیاری جویچه‌ای انتها بسته، از معادلات نفوذ اصلاح‌شده به جای معادلات نفوذ نمونه استفاده شود، دقت نتایج به صورت قابل توجهی افزایش داشته، که در نهایت باعث بهبود و افزایش شاخص‌های هیدرولیکی سامانه‌های آبیاری خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the accuracy of infiltration measurement Non- point methods in designing of Furrow irrigation system

چکیده [English]

Background and Objectives: Infiltration is the most critical and often most difficult parameter for evaluation of surface irrigation systems. In particular, the infiltration specification is variable with time and place. In general, a fairly large number of field measurements is needed to show the average farm condition. The aim of this research is the investigation of the accuracy of extraction the type cumulative infiltration equation by using the Non- point methods and the adjusted by the irrigation process, in simulation of the closed end furrow irrigation system. For simulation, was used from the zero inertia model in WinSRFR software and the zero inertia and Hydrodynamic models in SIRMOD software.
Materials and Methods: This research was implemented at two farms whose names were 201E and 201C1, in the Hafttape Cultivation and Industry of Sugarcane that Sugarcane was cultivated in furrows floor. In each farm 7 consecutive furrows selected. Even furrows test and odd furrows had buffer roles. The average furrows length was in 201C1 farm, 268 meters and in the 201E farm 165 meters. In the both farms Longitudinal slope of the test furrows was measured and 0.001 (meter/meter) obtained and furrows width, 1.5 meters. The furrows were irrigated by closed end method. In order to prepare the data for the advance and recession, was put the station in the furrows length intervals of 20 meters. In both farms, three irrigations were evaluated. For measurement of the inlet flow rate to the test furrows, was used from WSC flume, type 3. Kostiakov Louis type cumulative infiltration equations obtained by the inflow – outflow method for both farms. By using the Advance and recession data and the volume of inflow water and infiltration to the furrows the type cumulative infiltration equations was adjusted and the adjusted cumulative infiltration equations obtained for each furrow. Then the amounts of the advance of the each irrigation for both farms simulated by using the type cumulative infiltration equations and adjusted and the hydrodynamic and Zero inertia models of both WinSRFR and SIRMOD software.
Results: Results of this research showed that placement the amount of infiltration experiments flow rate in SM software improves significantly the simulation process. Compare the results of the Zero inertia and hydrodynamic models of SM software shows that results of these models in simulation of the closed end furrow irrigation process with Sugarcane Cultivated in furrows floor, were similar and had little difference together. Evaluation of the result of SM and WS software simulations shows that if the type cumulative infiltration equations used in the advanced accuracy of process simulation in the 201C1 farm, had the good and moderate ranking and in the 201E farm, had the weak rank. Adjusting the infiltration equations and using them in these software upgrade accuracy simulation in the 201C1 farm to excellent ranking and in the 201E farm to the good and moderate range. This increase of accuracy was the improvement of the average of Relative Absolute Error index in the 201C1 farm 63 percent and in the 201E farm 53 percent. Results too showed that the SM software in simulated of both farms with the fewer Mean Square Error and the fewer Relative Absolute Error had better performance and both software have predicted Computing advanced times more than the real amount them.
Conclusion: In general results of this research shows that if the adjusted infiltration equations used Instead of the type infiltration equations in the designing, simulation and evaluation of the closed end furrow irrigation systems, increased the accuracy of results to significantly, finally will cause the improvement and increasing of the irrigation systems hydraulic indexes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface irrigation
  • Kostiakov Louis infiltration equation
  • inflow – outflow method
  • SIRMOD
  • WinSRFR
1.Abbasi, F. 2008. Methods of improving surface irrigation systems, Proceedings of the Second
Seminar on strategies for improving surface irrigation systems. Karaj, Pp: 1-12. (In Persian)
2.Alizadeh, A. 2010. Irrigation Systems Design: surface irrigation systems Design (Volume 1).
Publication of university of Imam Reza, 450p. (In Persian)
3.Bahrami, M., Boroomandnasab, S., and Naseri, A.A. 2009. Comparison of Muskingum –
Cunge model with irrigation hydraulic models in estimation of furrow irrigation advance
phase. Iranian, J. Irrig. Drain. 2: 3. 40-49. (In Persian)
4.Bautista, E., Strelkoff, T., Clemmens, A.J., and Zerihun, D. 2008. Surface volume estimates
for in_ltration parameter estimation. In: Babcok, R.W., Walton, R. (Eds.), Proc. World
Environmental and Water Resources Congress 2008, ASCE/EWRI. Hon-olulu HI, May
12-16 CDROM, 10 pp.
5.Bautista, E., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S., and Niblack, M. 2009. Analysis of surface
irrigation systems with WinSRFR-Example application. Agricultural Water Management.
96: 1162-1169.
6.Bautista, E., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S., and Schlegel, J. 2009a. Modern analysis of
surface irrigation systems with WinSRFR. Agricultural Water Management. 96: 1146-1154.
7.Bautista, E., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S., and Schlegel, J. 2009b. Modern analysis of
surface irrigation systems with WinSRFR, Agricultural Water Management.
8.Behbahani, M.R., and Babazadeh, H. 2005. Field evaluation of surface irrigation model
(SIRMOD) (Case study in furrow irrigation). J. Agric. Sci. Natur. Resour. Pp: 1-10.
(In Persian)
9.Ebrahimian, H., and Liaghat, A. 2011. Field evaluation of various mathematical models for
furrow and border irrigation systems. J. Soil Water Res. 6: 2. 91-101.
10.Esfandyari, M. 2008. Improving the efficiencies of irrigation by using agricultural laser
leveling. Proceedings of the Second Seminar on strategies for improving surface irrigation
systems. Karaj, Pp: 207-220. (In Persian)
11.Koocheki, A., and Khajehoseini, M. 2008. Modern agriculture. First Edition. Publication of
University Jihad of Mashhad, 704p. (In Persian)
12.Mahmoodabadi, M., and Mazaheri, M. 2012. Effect of some soil physical and chemical
properties on permeability in field conditions. J. Iran. Soc. Irrig. Water Engin. 8: 14-25.
(In Persian)
13.Moridnejad, A.R., Kavei, R., and Saedi, A. 2010. Optimization of Furrow irrigation under
condition performed in the Salmane Farsi ‘s Agro-industry by using Software WinSRFR.
Second National Conference on Irrigation and Drainage Network Management. Ahvaz,
Shahidchamran University. (In Persian)
14.Mostafazadeh, B., and Moosavi, F. 2009. Surface irrigation Theory and Practice. Publication
of Farhang Jame. (In Persian)
15.Nahvinia, M.G., Liaghat, A., and Parsinejad, M. 2010. Prediction of Depth of Infiltration in
Furrow Irrigation Using Tentative and Statistical Models. J. Water Soil. 24: 4. 769-780.
(In Persian)
16.Rasoulzadeh, A., and Sepaskhah, A.R. 2003. Scaled infiltration equations for furrow
irrigation. Biosystem Engineering. 86: 3. 375-38.
17.Saghaian-Nejad, S.H. 1995. The effects of wetted perimeter on infiltration equation
parameters in furrow irrigation. M.Sc. Thesis, College of Agriculture, Isfahan University of
Technology, 98p.
18.Sikekynejad, M., and Afroos, E. 2013. Compare the Zero inertia with the Kinematic wave
hydraulic models to estimate the advance phase of furrow irrigation by using the Software
WINSRFR 4.1. Fourth National Conference on Management of Irrigation and Drainage
Networks. Ahvaz, Shahidchamran University. (In Persian)
19.Strelkoff, T., and Katapodes, N.D. 1977. Border irrigation hydraulics with zero-inertia.
J. Irrig. Drain. Div. ASCE. Pp: 325-342.
20.Walker, W.R. 2007. SIRMOD III-Surface IrrigationSimulation, Evaluation and Design.
Department of Biological and Irrigation Engineering, Utah State University, 163p.
21.Yekzaban, A., Shaebanpoor, M., Davatgar, N., and Pirmoradian, N. 2015. Evaluating
accuracy some of geostatistical methods to predict spatial variability of final infiltration rate.
J. Water Soil Cons. Pp: 221-229. (In Persian)
22.Zare Chingalni, N., Shirafroos, A., Yazdani, M.R., and Rafiei, M.R. 2011. Investigation of
WinSRFR3.1 and SIRMOD softwares for the analysis and hydraulical simulation of the
border Irrigation under Sorghum Bicolour cultivation. Iranian cogress on soil and water
Engineering and management, Tehran University. 109p. (In Persian)