استفاده از روش های شبیه سازی فرایندهای حرکت آب و نفوذ می تواند نقش موثری را در مدیریت دقیق آبیاری بر اساس شناخت بهتر فرآیندهای مذکور ایفا نماید. در این تحقیق شبیه سازی مراحل پیشروی، و پس روی به صورت توأم، با شبیه سازی فرایند نفوذ به انجام رسید. آزمایش های صحرایی پس ازتعیین تعداد جویچه ها و ایستگاه های مناسب و تعیین تیمارهای جریان سرج و پیوسته (دبی5/0 و2 لیتر بر ثانیه) و نسبت های سیکل مختلف(1:3,1:4,2:3) درسرج در ایستگاه تحقیقاتی خلعت-پوشان دانشگاه انجام شد. در گام بعدی با استفاده از مدل های آبیاری سطحی و حرکت آب در خاک و با بهره گیری از نرم افزارهای شناخته شدهsirmodو haydrus و شبیه سازی جریان و نفوذ آب درجویچه های آبیاری به انجام رسید از مقایسه نتایج شبیه سازی جریان در سطح خاک و زیر سطح خاک با اندازه گیری های صحرایی ضمن واسنجی و صحت سنجی هر دو مدل جریان سطحی و زیر سطحی، ارزیابی شدند که مدل هایدروس درصد خطای کمتری نسبت به مدل سیرمود داشت و برای براورد حجم نفوذ در طول جویچه مناسب است.

آبیاری سطحی رایج ترین روش آبیاری در جهان می باشد. از بین روش های آبیاری سطحی، روش آبیاری جویچه ای متداول-ترین روش در آبیاری گیاهان زراعی ردیفی به شمار می رود. هزینه اولیه کم، اجرای آسان و عدم نیاز به دستگاه های مکانیزه و پیچیده، کشاورزان را مجبور به استفاده از این سیستم ها نموده است. لذا مطالعه و بررسی این سیستم ها در راستای افزایش راندمان آبیاری، امری مهم و اجتناب ناپذیر به حساب می آید. در این راستا مطالعه مکانیزم حرکت آب در خاک و همچنین توزیع رطوبت در خاک کمک موثری برای درک سیستم های آبیاری و در نتیجه افزایش راندمان آبیاری خواهد کرد. در این تحقیق به منظور مطالعه نحوه ی حرکت آب در خاک و تغییرات رطوبت در خاک، ابتدا آزمایشات آبیاری جویچه ای در زمین های تحقیقاتی خلعت پوشان دانشگاه تبریز انجام گرفت. در این آزمایشات سه سری جویچه ی آبیاری احداث شد که هر سری شامل 4 عدد جویچه بود. طول جویچه ها 60 متر و فاصله ی آنها از هم 5/0 متر بود. پارامتری که در حین این سه آزمایش تغییر کرد دبی ورودی بود طوری که مقدار آن از 4/0 تا 6/1 لیتر بر ثانیه در این آزمایشات متغیر بود. سطح مقطع جویچه ها یک بار قبل از آبیاری و یک بار بعد از آبیاری اندازه گیری شد. قبل از آبیاری برای تعیین رطوبت اولیه در یک نقطه در وسط مزرعه و از چهار عمق با استفاده از آگر نمونه ی رطوبتی برداشته شد. آب به مدت 60 دقیقه به داخل این جویچه ها هدایت شد. زمان های پیشروی آب در خاک و همچنین پسروی آب بعد از قطع جریان یادداشت گردید. در حین آبیاری مقدار جریان ورودی به جویچه ها و همچنین جریان خروجی از جویچه ها با استفاده از فلوم های wsc اندازه گیری شدند. همچنین در حین آبیاری ارتفاع آب در داخل جویچه در سه مقطع ابتدا، وسط و انتها با استفاده از خط کش اندازه گیری شدند. در زمان های نیم و چهار و نیم ساعت بعد از اتمام آبیاری به منظور مطالعه نحوه ی تغییرات رطوبت در داخل خاک در سه مقطع موردنظر نمونه های رطوبتی از نقاط مختلف با استفاده از آگر برداشته شد. این نمونه های رطوبتی در کف دو جویچه ی میانی و از اعماق 10، 20 و 30 سانتیمتری و در فاصله ی بین این دو جویچه و از اعماق 10، 20، 30 و 40 سانتیمتری برداشته شدند. مقدار رطوبت این نمونه ها در آزمایشگاه با استفاده از روش وزنی بدست آمد. داده های بدست آمده از آبیاری جویچه ای ابتدا وارد مدل sirmod شده و شبیه سازی روند آبیاری با استفاده از این مدل انجام گرفت. برای واسنجی مدل sirmod، ضریب n مانینگ طوری تعیین شد تا منحنی پیشروی حاصل از شبیه سازی مدل حداکثر برازش را با داده های آزمایشی داشته باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی این مدل با داده های آزمایشی مورد مقایسه قرار گرفت. این مدل مرحله پیشروی را به خوبی شبیه ساز کرد طوری که مقدار ضریب r^2 برای آن از 952/0 تا 997/0 بود. توانایی این مدل در پیش بینی روند هیدروگراف جریان خروجی چندان خوب نبود طوری که مقادیر rmse و r^2 دارای مقادیر بسیار نامنظمی بودند. این مدل در پیش بینی حجم آب خروجی دقت متوسطی داشت. عدم دقت در پیش بینی حجم آب خروجی منجر به عدم دقت در پیش بینی حجم آب نفوذیافته گردید. عدم دقت این مدل در پیش بینی روند هیدروگراف خروجی را می توان به کوتاه بودن جویچه های آبیاری و نیز تعیین ضرایب معادله نفوذ تنها با استفاده از اطلاعات مرحله پیشروی دانست. نحوه ی توزیع آب در داخل خاک با استفاده از مدل hydrus دوبعدی شبیه سازی شد. بدین منظور شرایط اولیه، شرایط مرزی، پارامترهای هیدرولیکی و سایر داده های مورد نیاز برای اجرای این مدل با استفاده از آزمایشات متعددی به دست آمد. بعد از اجرای مدل، نمونه های رطوبتی بدست آمده از آزمایشات با نتایج شبیه سازی این مدل مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان دهنده توانایی بالای مدل hydrus در پیش بینی حرکت آب در خاک بود طوری که مقدار rmse برای آزمایش های اول تا سوم به ترتیب برابر 04/0، 0437/0 و 048/0 بود. همچنین دقت این مدل در فاصله بین دو جویچه نسبت به کف جویچه ها نسبتاً پایین بود. مقدار حجم آب نفوذیافته با استفاده از نتایج مدل hydrus نیز محاسبه شد که اعداد بدست آمده نشان دهنده ی دقت بالای مدل hydrus نسبت به مدل sirmod در پیش بینی حجم آب نفوذیافته بود. در نهایت با استفاده از داده های آزمایشی و نتایج حاصل از شبیه سازی این دو مدل، تاثیر تغییرات دبی بر حرکت آب در خاک مورد بررسی قرار گرفت و این نتیجه حاصل شد که تاثیر دبی بر روی حرکت آب در خاک و توزیع رطوبت در داخل خاک به صورت تاثیری است که این دبی بر ارتفاع آب داخل جویچه دارد. یعنی اگر دبی زیاد همراه با ارتفاع زیاد آب داخل جویچه باشد (سطح خیس شده زیاد باشد)، در اینصورت حجم آب نفوذیافته زیاد و رطوبت در نقاط مشاهده ای نیز زیاد خواهد بود ولی اگر دبی زیاد همراه با ارتفاع کم آب داخل جویچه باشد (سطح خیس شده کم باشد)، حجم آب نفوذیافته و در نتیجه رطوبت در نقاط مشاهده ای نیز کم خواهد بود. در ضمن مدل hydrus نیز تمامی این نتایج را به خوبی شبیه سازی می کند و تمامی این نتایج را تایید می کند.

به منظور بررسی اثر شیب زمین ، دبی قطره چکان و مدت زمان آبیاری، مطالعات مزرعه ای در ایستگاه تحقیقاتی دانشگاه تبریز و پایاب سد امند، بر روی سه شیب صفر، 15 و30 درصدو با 3 دبی قطره چکان 2، 4 و8 لیتر بر ساعت در زمان های مختلف، بر روی خاک با مشخصات فوق انجام شد. ابعاد حجم خاک خیس شده بطور مستقیم و با حفاری بخش خیس شده خاک اندازه گیری شد. مقایسه داده های مشاهداتی با داده های حاصل از شبیه سازی نشان داد که در صورت جابجایی مناسب محل تغذیه در سطح خاک، مدل هایدروس می تواند نحوه توسعه رطوبت در اراضی شیب دار را شبیه سازی نماید. به منظور تعیین میزان جابجایی، یک معادله تجربی بر مبنای حجم آب کاربردی، دبی قطره چکان و شیب زمین استخراج گردید. ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطا بین مقادیر مشاهداتی و مقادیر حاصل از رابطه تجربی برابر 84/0، 94/0و 98/0، و 04/2، 5/2 و 4/3 به ترتیب برای شیب های 0،15 و 30 درصد حاصل گردید. همچنین رابطه ای برای موقعیت قرار گیری قطره چکان در شیب های 15و 30 درصد بدست آمد