بررسی تحربی و عددی توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی

استفاده رو به افزایش از آبیاری قطره ای به عنوان روشی برای بهبود پایداری سیستم های آبیاری در سراسر دنیا شناخته شده است. با این حال، ویژگی های انتقال آب و مواد محلول و مشخصه های پروفیل خاک، اغلب به اندازه کافی در طراحی و مدیریت سیستم های آبیاری قطره ای در نظر گرفته نمی شوند. سیستم های آبیاری قطره ای زیرسطحی به منظور استفاده موثرتر از آب و به عنوان یک روش بسیار دقیق هم در انتقال آب و مواد غذایی به مکان های دلخواه خاک و هم در تعیین زمان و تناوب کاربرد آب برای رشد بهینه گیاه به طور فزاینده در کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی و مدیریت مناسب سیستم های آبیاری قطره ای زیرسطحی برای افزایش بازده استفاده از آب و کود و در عین حال کاهش تلفات آب به علت تبخیر، نیازمند اطلاع از توزیع دقیق آب اطراف قطره چکان ها می باشد. در چند دهه اخیر، مطالعاتی برای توصیف جریان آب از منابع نقطه ای و خطی در خاک برای طراحی و مدیریت سیستم های آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی صورت گرفته است، اما نحوه توزیع آب بین دو قطره چکان کم تر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، آزمایش های میدانی در اراضی ایستگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز در یک خاک لوم شنی به منظور تعیین ابعاد پیشروی جبهه رطوبتی و توزیع رطوبت خاک اطراف و فاصله بین دو قطره چکان در سیستم های آبیاری قطره ای زیرسطحی انجام و پیشروی جبهه رطوبتی در محل قطره چکان و بین دو قطره چکان مجاور در آرایش لترال منفرد و لترال مضاعف آبیاری قطره ای زیرسطحی توسط مدل هایدروس شبیه سازی شد. به علت تراکم بسیار بالای خاک مورد مطالعه کاربرد سیستم آبیاری قطره ای زیرسطحی با مشکل رسیدن آب به سطح خاک در ساعات اولیه آبیاری مواجه شد. بنابراین جهت از بین بردن لایه های متراکم، خاک مورد آزمایش به عمق 1 متر حفر و دوباره پر شد تا اثر لایه های متراکم به حداقل برسد. پارامترهای مدل ون گنوختن با استفاده از مدل رُزتا تعیین گردید و شبیه سازی های عددی توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطره ای زیرسطحی با در نظر گرفتن دو نوع هندسه (1) سیستم کاملا سه بعدی و (2) سیستم دو بعدی صفحه ای تقریبی انجام شد. ابعاد جبهه رطوبتی و مقادیر حجمی رطوبت مشاهداتی با نتایج حاصل از شبیه سازی های دو بعدی و سه بعدی مدل هایدروس مقایسه شدند. برای مقایسه ابعاد جبهه رطوبتی مشاهداتی و شبیه سازی شده توسط هایدروس دو بعدی و سه بعدی در محل قطره چکان، فواصل شعاعی مرز پیاز رطوبتی از محل قطره چکان در زوایای مختلف از محل قطره چکان محاسبه شدند. برای تعیین دقت شبیه سازی ها در صفحه ای موازی لترال بین دو قطره چکان نیز فواصل عمودی مرز پیاز رطوبتی رو به بالا و رو به پایین از محل قطره چکان محاسبه گردید. نتایج نشان دادند که مدل هایدروس سه بعدی با داشتن مقادیر میانگین rmse کم تر و ce بیش تر نسبت به هایدروس دو بعدی از کارآیی بهتری در شبیه سازی ابعاد پیشروی جبهه رطوبتی در محل و بین دو قطره چکان برخوردار است. همچنین به منظور مقایسه بیشتر توانایی هایدروس دو بعدی و سه بعدی در شبیه سازی توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطره ای زیرسطحی، شبیه سازی های عددی بیشتری با در نظر گرفتن مقدار آب کاربردی کم تر به مدت طولانی تر برای آرایش لترال منفرد آبیاری قطره ای زیرسطحی انجام شد. به این منظور آرایش متداول لترال ها و قطره چکان ها در آبیاری قطره ای زیرسطحی گیاه ذرت در نظر گرفته شد. شبیه سازی ها برای خاک فرضی برای دو هندسه جریان دو بعدی تقریبی و کاملا سه بعدی به مدت 24 ساعت پس از شروع آبیاری انجام شد. نتایج شبیه سازی ها در زمان های مختلف 2 تا 24 ساعت پس از شروع آبیاری و در دو عمق نصب قطره چکان با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد که با افزایش زمان آبیاری و تنها در مراحل پایانی نفوذ زمانی که جبهه های رطوبتی دو قطره چکان مجاور کاملا ادغام شده و جریان آب بین دو قطره چکان به حالت یکنواخت می رسد فرض دو بعدی بودن جریان صحیح می باشد. در نهایت می توان گفت مدل هایدروس یک ابزار بسیار قوی و مفید برای شبیه سازی ابعاد جبهه رطوبتی و توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطره ای زیرسطحی می باشد.