مدل سازی عددی جریان زیرسطحی در آبیاری جویچه ای ابزاری برای مدیریت بهتر آبیاری سطحی

آگاهی از نحوه فرایند صورت گرفته بین دو جریان سطحی و زیرسطحی می تواند تاثیر بسزایی در مدیریت و نحوه برنامه ریزی مطلوب برای آبیاری سطحی داشته باشد. در این تحقیق، مدلی به منظور تلفیق دو جریان سطحی (بصورت هیدرودینامیک کامل) و زیرسطحی (بصورت معادله یک بعدی ریچاردز)، برای شبیه‏سازی تمامی فازهای آبیاری سطحی ارایه گردیده است. مدل هیدرودینامیک کاملی برای شبیه سازی فازهای مختلف آبیاری جویچه‏ای قبلا در گروه مهندسی آب ارایه شده بود که در این پژوهش با یک مدل عددی جریان زیرسطحی تلفیق گردید. به عبارت دیگر بجای استفاده از معادله نفوذ کوستیاکف در مدل جریان سطحی از حل معادله ریچاردز یک بعدی سود جسته شد. حل عددی معادله یک بعدی ریچاردز، با استفاده از روش حجم کنترل انجام شده و به صورت داخلی به مدل جریان سطحی متصل گردیده است. به منظور ارزیابی مدل جریان زیرسطحی، از داده های 12 خاک ارایه شده در نرم افزار hydrus یک بعدی استفاده و خروجی های مدل از جمله رطوبت، مکش و نفوذ صورت گرفته در پروفیل خاک با نتایج حاصل از نرم افزار مقایسه گردید. در تمامی موارد جواب‎های بدست آمده از مدل هماهنگی بسیار خوبی با نتایج حاصل از نرم افزار داشتند. پس از حصول اطمینان از صحت مدل ارایه شده برای جریان زیرسطحی، به منظور ارزیابی مدل تلفیق ارایه شده از داده‏های موجود در دو مقاله (زریهان و همکاران، 2005 ; وولینگ و همکاران،2004 ) و داده‏های مزرعه ای حاصل از یک سری آبیاری صورت گرفته در دانشکده کشاورزی مشهد استفاده گردید و در نهایت نتایج بدست آمده، با نرم افزار sirmod و داده‏های مزرعه ای 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، همچنین عملکرد مشابهی با نرم افزار sirmodدارد. پس از اطمینان از صحت مدل، حساسیت آن نسبت به پارامترهای ورودی مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای ورودی مورد بررسی‏در این آنالیز عبارتند ازدبی، شیب مزرعه، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، رطوبت اولیه و پارامترهای تجربی معادله ون‏گنوختن. با توجه به نتایج، بیشترین حساسیت زمان پیشروی مربوط به پارامتر شدت جریان ورودی وپس از آن به ترتیب مربوط به "?" ، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، ?، رطوبت اولیه خاک و شیب زمین می‎باشد. زمان پسروی نیز با توجه به نمایه حساسیت به ترتیب به شیب زمین، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، دبی ورودی، رطوبت اولیه خاک، "?" و ? بیشترین حساسیت را نشان می دهد. همچنین مقدار حجم آب نفوذ یافته در خاک با توجه به بیشترین مقدار پارامتر حساسیت محاسبه شده به ترتیب مربوط به "?" ، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، رطوبت اولیه خاک، ?، دبی ورودی و شیب زمین می‎باشد.???? در نهایت با استفاده از یک روش ساده بهینه سازی به تعیین بهترین جریان ورودی و زمان قطع جریان در آبیاری صورت گرفته در دانشکده کشاورزی پرداخته شد و پارامترهای جریان و زمان قطع، بر اساس حداکثر تابع هدف تعیین گردید. سپس برای دستیابی به راندمان های دلخواه، دو سناریو متفاوت 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.