مدل سازی عددی همزمان جریان سطحی و زیرسطحی در آبیاری شیاری، ابزاری جهت مدیریت آبیاری سطحی

در این تحقیق، یک مدل هیدرودینامیک کامل برای شبیه سازی فازهای مختلف آبیاری در جویچه ارایه گردید. معادلات حاکم بر جریان (معادله ی سنت ونانت در جریان سطحی و معادله ی کاستیاکوف-لوییس در جریان زیر سطحی) توسط حجم کنترل های متغیر گسسته شد. معادلات غیر خطی تولید شده توسط روش نیوتن رافسون، خطی سازی شده و معادلات جبری حاصل با استفاده از الگوریتم جاروب برگشتی حل گردید. مدل ارایه شده با توجه به نرم افزار sirmod و همچنین پنج سری داده ی مزرعه ای (بنسون-221، مچت-235، پرینتز-323، واکر (1989) و مرکلی (1983)) و با استفاده از معیارهای ریشه ی میانگین مربعات خطا (rmse)، خطای استاندارد (se) و خطای همبستگی (r^2) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی تطابق بسیار خوبی با داده های مزرعه ای داشته و عملکرد مشابهی با نرم افزار sirmod دارد. پس از اطمینان از صحت مدل، حساسیت آن نسبت به پارامترهای ورودی مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای ورودی مورد بررسی در این آنالیز، دبی، ضریب زبری مانینگ، شیب مزرعه و ضرایب نفوذ معادله ی کاستیاکوف-لوییس درنظر گرفته شد. با توجه به نتایج، زمان پیشروی بیشترین حساسیت را به ترتیب نسبت به دبی ورودی و پارامترهای نفوذ f_0، k و a، و زمان پسروی نیز بیشترین حساسیت را به ترتیب نسبت به ضریب مانینگ، f_0 و شیب زمین نشان داد. سپس به علت تأثیر قابل توجه پارامترهای نفوذ و زبری در شبیه سازی آبیاری جویچه ای، از روش های حل معکوس مانند روش دو نقطه ای الیوت و واکر (1982) و روش واسنجی چند مرحله ای واکر (2005) به منظور تخمین پارامترهای نفوذ و زبری استفاده شد. سپس برای تعدیل نفوذ در آبیاری های متفاوت از روش مقیاس ارایه شده توسط ختری و اسمیت (2006) که در آبیاری با زمان واقعی کاربرد دارد، استفاده گردید. نتایج نشان داد روش واسنجی چند مرحله ای نسبت به روش دونقطه ای بهتر عمل کرده و حتی روش دو نقطه ای در داده های مزرعه ای واکر (1989) خطای rmse شبیه سازی فاز پیشروی را به شدت افزایش داده است. اما روش واسنجی علی رغم نیاز به داده ها و زمان بیشتر برای شبیه سازی، موجب کاهش خطا در هر دو فاز پیشروی و پسروی گردید. روش تعدیل نفوذ نیز به علت استفاده از روابط مشابه با روش دونقطه ای در بعضی شرایط نتوانست به خوبی عمل کند و خطای شبیه سازی را افزایش داد (آبیاری بنسون-221). در نهایت با استفاده از یک روش بهینه سازی به تعیین بهترین جریان ورودی و زمان قطع جریان در آبیاری مرکلی (1983) پرداخته شد. ابتدا پارامترهای جریان و زمان قطع، بر اساس حداکثر تابع هدف تعیین گردید که به ترتیب موجب افزایش 13 و 14 درصدی راندمان کاربرد و نیاز آبیاری گردید. سپس برای دستیابی به راندمان های دلخواه، سناریوهای متفاوتی برای بهینه سازی تعیین شد. بدین ترتیب با استفاده از مدل سازی های عددی، امکان مدیریت و برنامه ریزی بهتر در زمینه ی آبیاری سطحی فراهم خواهد شد.