شبيه سازي توزيع رطوبت خاك اطراف قطره چكان در آبياري قطره اي پالسي و پيوسته به روش آناليز ابعادي

Simulation of soil moisture distribution under drip irrigation pulsed and continuous in dimensional analysis method

سابقه و هدف: در دهه هاي اخير آبياري قطره اي به جهت كاهش آب كاربردي، افزايش در عملكرد گياه و توزيع بهتر كود مورد توجه قرارگرفته است. كاهش آب كاربردي به اين دليل است كه در آبياري قطره اي به جاي همه سطح زمين فقط خاك محدوده ريشه گياه مرطوب مي شود. آبياري پالسي مجموعه اي از چرخه ها است كه هر كدام از چرخه ها از يك فاز آبياري و يك فاز استراحت تشكيل مي شود (12). كاربرد متناوب آب در آبياري قطره اي باعث مي شود كه جبهه پيشروي با آب كمتري نسبت به جريان مداوم تكميل گردد. آبياري قطره اي پالسي با مديريت خوب، پتانسيل زيادي در بهبود توزيع يكنواختي آب در خاك و در نهايت افزايش جذب به وسيله ريشه گياه را به صورت توامان به همراه دارد. مواد و روش ها: در اين تحقيق از يك مدل فيزيكي براي شبيه سازي حالت آبياري قطره اي در مزرعه استفاده شد. سه تيمار بافت خاك سنگين، متوسط و سبك، دو تيمار دبي قطره چكان 4/ 2 و 8 ليتر بر ساعت (به ترتيب Q1 و Q2) و دو روش آبياري قطره اي پالسي و پيوسته بكار گرفته شد. در ادامه با استفاده از يكي از روش هاي مطرح در شبيه سازي حركت آب در خاك، يعني آناليز ابعادي و با استفاده از قضيه π باكينگهام و به دست آوردن تعدادي اعداد بي بعد و ارتباط بين اعداد بي بعد يك سري معادلاتي حاصل مي شود كه اين معادلات امكان برآورد توزيع رطوبت و الگوي جبهه پيشروي و چگونگي توزيع آنها در محدوده مرطوب شده خاك را فراهم مي كنند. در آخر هم به منظور مقايسه مقادير شبيه سازي شده و اندازه گيري شده از شاخص هاي آماري حداكثر خطا (ME) و ميانگين ريشه دوم خطا (RMSE) استفاده گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد مولفه افقي رطوبت در دبي 2/4 ليتر بر ساعت در حالت پالسي براي خاك هاي رسي، لومي و شني به ترتيب 33، 30 و 20/5 مي باشد كه بيشتر از توزيع افقي رطوبت در حالت پيوسته ( به ترتيب 28، 26 و 6/ 18) است. مولفه عمودي رطوبت در دبي 2/4 ليتر بر ساعت در حالت پالسي (به ترتيب براي رس، لوم و شن 21/2، 27 و 50) براي همه خاك ها بيشتر از حالت پيوسته ( به ترتيب 19، 22 و 43) است. با مقايسه توزيع رطوبت در جهت افقي نشان مي دهد كه مولفه افقي خاك مرطوب شده هم براي پالسي و هم براي پيوسته در دبي 8 ليتر بيشتر از دبي 4/ 2 ليتر است. افزايش مولفه هاي افقي و عمودي رطوبت در آبياري پالسي را مي توان اين طور استدلال كرد كه كاربرد متناوب آب در آبياري قطره اي باعث مي شود كه جبهه پيشروي با آب كمتري نسبت به جريان مداوم تكميل گردد همچنين با استفاده از روش آناليز ابعادي معادلاتي براي شبيه سازي توزيع رطوبت در اطراف قطره چكان براي دو حالت آبياري پالسي و پيوسته به دست آمد. نتيجه گيري: با ارزيابي توسط شاخص هاي آماري مشخص شد كه عملكرد معادله هاي پيشنهادي در سطح مطلوب قرار داشته و نتايج آن ها از اعتبار قابل ملاحظه اي برخوردار مي باشند.

Background and Objectives: In recent decades، drip irrigation to reduce applied water، increasing yield and better distribution of fertilizer have been considered.in drip irrigation the soil around root zone of plants is moisten instead of whole soil surface which resulted in Reducing applied water. Pulse irrigation is a series of cycles، each cycle of an irrigation phase and a resting phase is formed (12). Water Alternating used in drip irrigation due to completed the wetting front with less water than a continuous stream. Pulse drip irrigation with good management، have great potential to improve the uniformity distribution of water in the soil and association with rise uptake by plant roots. Materials and methods: In this study، using a physical model to simulate the condition of drip irrigation was used on the farm. Three soil textures including heavy، medium and light، and two discharge of dripper 2.4 and 8 liter per hour (respectively Q1 and Q2) and two pulse and continuous drip irrigation method was used. In addition، by using one of the proposed method of simulation water movement in soil، means dimensional analyses and by using Buckingham π theorem to obtain Dimensionless numbers with communication between them due to get some equation which allow to estimate moisture distribution، progressive front pattern and manner of distribution in wet soil. Finally، in order to compare simulated and measured values of statistical indicators maximum error (ME) and root mean square error (RMSE) was used. Results: The results showed that the horizontal component of moisture respectively in clay، loam and sand soils are 33، 30 and 20.5 is more than in pulse method (respectively are 28، 26 and 18.6). Vertical component of moisture in discharge of dripper 2.4 L/h in pulse method (respectively for clay، loam and sand are 21.2، 27 and 50) was more than the continuous method (respectively are 19، 22 and 43) for all soils. By comparing the distribution of moisture in the horizontal direction indicates the horizontal component of moist soil for both pulsed and continuous in 8 L/h is more than 2.4 L/h. Increase moisture in the vertical and horizontal components can be argued that the use of intermittent irrigation water in drip irrigation makes up the wetting front with less water than continuous stream was completed. As well as by use of dimensional analysis for simulation water distribution around emitters for both pulse and continuous irrigation، equations was obtained. Conclusion: Assessment by statistical indices show that the proposed equations were desirable and their results are of considerable reputation.