شبيه‌سازي پروفيل رطوبتي خاك در سيستم آبياري قطره‌اي سطحي و زيرسطحي با استفاده از مدل HYDRUS-2D

Simulation of soil water profile in surface and subsurface drip irrigation systems by HYDRUS-2D

سابقه و هدف: سيستم آبياري قطره‌اي يكي از موثرترين راهكارها براي افزايش بهره وري و استفاده بهينه از منابع آب موجود مي باشد. درك توانايي هاي كامل روش هاي آبياري قطره اي نيازمند بهينه سازي پارامترهاي در دسترس مي‌باشد. مهم‌ترين اين پارامترها شامل دور، شدت و زمان آبياري مي باشند. در آبياري زير سطحي نيز با حذف تبخير از سطح خاك مقدار مصرف آب كاهش مي يابد. در اين راستا مدل هاي عددي با صرفه‌جويي در زمان و هزينه به‌منظور مطالعه كاركرد سيستم هاي آبياري و بهينه سازي پارامتر هاي مديريتي مورد استفاده قرار مي گيرند. در طراحي آبياري قطره‌اي سطحي و زيرسطحي، شكل و ابعاد پياز رطوبتي عامل اصلي در استقرار محل قطره ‌چكان ها است بدين منظور از مدل‌هاي مختلف با داشتن مشخصات هيدروليكي خاك، دبي و زمان كاركرد جهت تخمين دقيق پياز رطوبتي استفاده مي‌شود. هدف از اين پژوهش اندازه‌گيري پروفيل رطوبتي خاك در آبياري قطره اي سطحي و زيرسطحي و مقايسه نتايج شبيه‌سازي با استفاده از نرم‌افزار HYDRUS-2D بود. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش، آزمايش ها جهت بررسي پروفيل رطوبتي خاك، تحت روش هاي آبياري قطره‌اي سطحي و زيرسطحي در مزرعه تحقيقاتي دانشگاه اروميه اجرا گرديد. اندازه گيري ها با نصب لوله هاي T-TAPE در فواصل يك متر از هم و اعمال دبي 4 ليتر درساعت به‌صورت سطحي و زيرسطحي انجام گرفت. در آبياري قطره‌اي زيرسطحي لوله ها در عمق 2/0 متري نصب شد. اندازه گيري رطوبت در هر دو سيستم آبياري با استفاده از رطوبت‌سنج WET انجام شد. اندازه‌گيري رطوبت به‌صورت دوبعدي در عمق و شعاع مشخص و در فواصل زماني 10 دقيقه ثبت شد. در اين پژوهش شبيه سازي مدل HYDRUS-2D با نتايج اندازه گيري مقايسه شد. يافته‌ها: نتايج حاصل از شبيه‌سازي پروفيل رطوبتي خاك با استفاده از مدل HYDRUS-2D هماهنگي قابل‌قبولي با داده‌هاي مشاهداتي داشت (RMSE بين 01/0 تا 14/0). بر اساس نتايج تغييرات داده هاي اندازه‌گيري شده نسبت به داده‌هاي شبيه سازي شده (R2) در آبياري قطره اي سطحي و زير سطحي در زمان كاربرد 24 ساعت به‌ترتيب برابر 811/0 و برابر 906/0 مي‌باشد. در اين پژوهش از مدل شبكه عصبي ROSETTA جهت تخمين پارامترهاي هيدروليكي خاك استفاده شد. با استفاده از سه تابع تخمين موجود در مدل، پارامترهاي هيدروليكي در ROSETTA ارزيابي شد. نتيجه‌گيري: براساس مقادير خطاي به‌دست آمده مشاهده شد كه اختلاف ميزان خطا در دو مدل FULL ROSETTA و ROSETTA LITE ناچيز بوده و تنها در بعضي از عمق ها مقدار خطاي مدل FULL ROSETTA كم‌تر از مدل ROSETTA LITE بوده است. در حالت كلي بر اساس نتايج مي توان گفت داده هاي اندازه گيري تطابق خوبي با نتايج FULL ROSETTA دارد. نتايج نشان داد كه مي‌توان از نرم‌افزار HYDRUS در طراحي آبياري قطره‌اي استفاده كرد.

Background and Objectives: Drip irrigation system is one of the most effective strategies to increase productivity and optimal use of available water resources. In the subsurface irrigation distribution water in the soil and decreasing evaporation and water use. Realizing the full potential of drip irrigation technology requires optimizing the available parameters, such as the frequency, rate and duration of water application. Numerical simulation is a fast and inexpensive approach to studying optimal management practices. Unfortunately, little work has been done to investigate the accuracy of numerical simulations. In this context, numerical models, fast and cheap, to study the operation of irrigation systems and optimizing their management parameters are considered. Materials and Methods: In the design of subsurface drip irrigation systems, the dimensions of the wetted onion determine the installation depth and set of system. Several models have been developed to simulation soil moisture patterns and the wetting front using hydraulic parameters, discharge and application time. The purpose of this study was to measure soil moisture profiles of surface and subsurface drip irrigation and compare with simulation results using HYDRUS- 2D software. In this study, an experiment to study soil moisture profiles, surface and subsurface drip irrigation treatments was performed in the field of Urmia University. T-Tape pipes with discharge of 4 liters per hour at intervals of one meter was installed and the surface and subsurface measurements were performed. Tubes in subsurface drip irrigation was installed at 0.2 meter deep. Water content was measured by WET sensor in both irrigation systems. Water content measurement in two-dimensional depth and radius were recorded every 10 minutes. HYDRUS-2D software simulation in this study was compared with the measured results. Results: The results of the simulation of soil moisture profiles using HYDRUS-2D software was in good agreement with the observed data (RMSE 0.01 till 0.14). Based on results, differences between the measured and simulated data (R2) in surface and subsurface trickle irrigation for 24 hours operation were respectively 0.811 and 0.906. By using three estimation ROSETTA model, hydraulic parameters was evaluated. Conclusions: Based on the obtained error values observed error rate in the two models, Full ROSETTA and ROSETTA Lite negligible and only in some depths Full ROSETTA model error is less than ROSETTA Lite model. In general can be said on the basis of data Full ROSETTA good agreement with the results of the measurement. The results support the use of HYDRUS- 2D as a tool for investigation and designing drip irrigation management practices.