بررسی و تحلیل تغییرات رطوبت در آبیاری جویچه ای

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.