شبیه سازی الگوی توزیع مجدد رطوبتی در اراضی شیبدار تحت سامانه آبیاری قطره ای

سابقه و هدف:

 یکی از شاخص های مهم در طراحی سامانه های آبیاری قطره ای، تخمین دقیق ابعاد پیاز رطوبتی می باشد که از تلفات عمقی آب و هزینه های اضافی طراحی سامانه آبیاری جلوگیری می نماید. ابعاد پیاز رطوبتی تحت تاثیر الگوی توزیع رطوبت در دو مرحله زمان آبیاری و پس از آبیاری است. مطالعات فراوانی در خصوص الگوی توزیع رطوبت در اراضی شیب دار انجام شده، اما مطالعات اندکی در خصوص الگوی توزیع مجدد رطوبت در این اراضی انجام شده و یا گزارش نشده است. بنابراین هدف اصلی تحقیق حاضر، بررسی و شبیه سازی الگوی توزیع مجدد رطوبت در اراضی شیب دار می باشد. همچنین در مطالعات مشابه، بیشتر به شبیه سازی ابعاد پیاز رطوبتی در سطح خاک پرداخته شده، اما در این تحقیق علاوه بر ابعاد و مساحت خیس شده، شکل کامل پیاز رطوبتی شبیه سازی شده است.

آزمایش ها در دو مدل فیزیکی به شکل مکعب مستطیل با ابعاد7/0*2/1*4/1متر و 6/0*2/1*2/1 متر، به ترتیب عرض، ارتفاع و طول انجام شد. آزمایش ها در سه بافت خاک سبک، متوسط و سنگین، با سه دبی قطره چکان، 2، 4 و 6 لیتر در ساعت و در چهار شیب، 0، 10، 20 و 30 درصد انجام شد. مدت زمان آبیاری 3 ساعت و جبهه ی پیشروی رطوبت در فاز توزیع مجدد در زمان های3 ،6، 24 و 48 ساعت بر روی صفحه پلی کربنات ترسیم گردید. سپس با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی، معادلاتی به منظور پیش بینی الگوی توزیع مجدد رطوبت در اراضی شیب دار ارایه گردید. در مدل های پیشنهاد شده از شاخص های دبی قطره چکان، حجم آب کاربردی، مدت زمان آبیاری، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، جرم ویژه ظاهری خاک، شیب زمین، رطوبت اولیه و درصد شن، سیلت و رس استفاده گردید. همچنین با استفاده از یک مدل پیشنهادی ارتقا یافته، شکل کامل پیازرطوبتی برآورد گردید.

در خاک سنگین مدل های پیشنهادی با متوسط مقدار RMSE، 34/0 و MAE ، 28/0 برای شاخص شعاع خیس شده و مقادیر 0018/0 و 0014/0 برای شاخص مساحت خیس شده، از بالاترین دقت برخوردار بودند. خاک سبک با مقادیر 44/0 و 37/0 شاخص های مذکور برای شعاع خیس شده و 0029/0 و 0022/0 برای شاخص مساحت خیس شده کمترین دقت را داشت. مقادیر شاخص های آماری محاسبه شده برای عمق خیس شده جبهه توزیع مجدد رطوبتی برای تمامی تیمارهای مورد بررسی مشابه بود و متوسط مقادیر RMSE خاک ها در محدوده 43/0 تا 5/0 و MAE آنها در محدوده 31/0 تا 39/0 قرار داشت. همچنین در تمامی تیمارهای مورد بررسی، مقادیر CRM مدلها غالبا مثبت و NS آنها در حدود 99/. بود.

نتایج این تحقیق نشان داد که مدل های پیشنهادی در خاک های سنگین از دقت بالاتری نسبت به خاک های سبک برخوردار هستند. همچنین توانایی آنها در برآورد شعاع خیس شده و مساحت متناظر آن در بالادست و پایین دست قطره چکان و همچنین عمق خیس-شده قطره چکان و شکل کامل پیاز رطوبتی مطلوب و قابل قبول می باشد. مقادیر پیش بینی مدل ها بیشتر در حالت کم برآوردی بود. بنابراین استفاده از مدل های مذکور برای تعیین محل قطره چکان در اراضی شیب دار، به منظور کاهش تلفات عمقی و استفاده بهینه گیاه از آب توصیه می گردد.