شبیه‌سازی پیاز رطوبتی در سامانه آبیاری قطره‌ای زیرسطحی با مدل رگرسیون غیرخطی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه کرذستان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه کردستان

چکیده

الگوی پیاز رطوبتی به عنوان یک فاکتور مهم در طراحی و مدیریت سامانه­های آبیاری قطره­ای سطحی و زیرسطحی مورد توجه است. آگاهی از ابعاد پیاز رطوبتی در انتخاب فاصله دقیق بین قطره­چکان­ها و فاصله مناسب بین لاترالها ضروری است. در این پژوهش،آزمایش­ها در یک مدل فیزیکی پلکسی گلاس شفاف با ابعاد 3×1.22×0.5متر به انجام رسید. از سه نوع بافت (رسی-شنی، لوم‌‌- ­رسی‌-­ شنی و شنی- ‌لومی) به طور مجزا استفاده شد. در این رابطه، قطره­چکان­ها در سه عمق (15، 30 و 45 سانتی­متری از سطح خاک) نصب شد وهمچنین قطره­چکان­هایی با آبدهی 4/2، 4 و 6 لیتر بر ساعت انتخاب و زمان آبیاری، شش ساعت اعمال شد. با استفاده از داده­های به دست آمده از بررسی­های آزمایشگاهی و با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی، یک مدل تجربی به منظور برآورد توزیع افقی جبهه رطوبتی در زمان­های مختلف ارائه شد. در این مدل تجربی، با در نظر گرفتن پارامترهای دبی قطره­چکان، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، زمان آبیاری،جرم ویژه ظاهری خاک، عمق نصب قطره­چکان، رطوبت حجمی اولیه، درصد شن، سیلت و رس، شعاع خیس­شدگیدر بالا و پایین محور قطره­چکان برآورد شد. همچنین، با در نظر گرفتن مدل پیشنهادی یادشده، شعاع خیس­شده پیاز رطوبتی در اعماق مختلف تعیین شد (بهینه­سازی ضرایب معادلات) و متناسب با آن شکل کامل پیاز­رطوبتی برآورد شد. بهترین کارایی مدل مربوط به عمق صفر (روی محور قرارگیری قطره­چکان) است که مقادیر RMSE، MAEو  به ترتیب 15/2، 7/1سانتی­متر و 85/14% و مقدار R2برابر 92/0 بدست آمد و کمترین کارایی مدل مربوط به عمق 20 سانتی­متری از محل قطره­چکان بوده که مقادیر RMSE، MAEو  برای آن­ها به ترتیب مقادیر 93/3 و 26/3 سانتی­متر و 55/37% و مقدار R2 (در سطح پنج درصد معنی­دار) نیز 75/0 محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان داد مدل پیشنهادی، شکل کامل الگوی خیس­شدگی را با دقت معقولی برآورد کرده است. لحاظ این مدل در طراحی سامانه­های آبیاری قطره­ای زیر­سطحی می­تواند باعث بهبود عملکرد آن­ها شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Full Shape of Wetting Bulb in Subsurface Drip Irrigation System with Nonlinear Regression Model

نویسندگان [English]

  • Bakhtiyar Karimi 1
  • Fariba Alinazari 2
1 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
2 M.sc Student, university of kurdistan
چکیده [English]

 
The wetted profile pattern is an important factor to consider when designing and managing a surface and subsurface drip irrigation systems. The knowledge of the pattern dimensions is imperative in choosing the suitable spacing between emitters and the correct distance between laterals. The experiments were carried out in a transparent plexiglass tank (0.5 *1.22 *3 m) using three different soil textures (sandy clay, sand clay loam, and sandy loam). The drippers were installed at 3 different soil depths (15, 30 and 45 cm). The emitter outflows were 2.4, 4 and 6 Lhr-1 with irrigation duration of 6 hr. In this study, using the data obtained from the laboratory experiments and conducting the nonlinear regression analysis using Microsoft Excel Solver tool 2010, an empirical model was developed to predict the horizontal distribution of the wetting front for different application times. The suggested model includes estimation of the wetted radius at the top and bottom of the emitter horizontal axis as a function of emitter discharge, saturated hydraulic conductivity, water application time, soil bulk density, emitter installation depth, initial soil moisture content, and the percentages of sand, silt, and clay in the soil. We pursued a similar procedure in developing empirical formulas for estimating the wetted radius at different soil depths (by optimizing the coefficients of Equations) to predict the full shape of the wetting pattern. The best performance of the model was related to the depth of zero (on the emitter positioning axis), where the values of RMSE, MAE,  and R2 were 2.15, 1.7 cm, 14.85 % and 0.92, respectively. The lowest performance of the model was related to the depth of 20 cm from the emitter, where values of  RMSE, MAE,  and R2 were 3.93, 3.26 cm, 37.55% and 0.75, respectively (R2 coefficient was significant at 5% level). The results of this research showed that the suggested model predicted the full shape of wetting pattern with acceptable accuracy. Considering these models in designing subsurface drip irrigation systems could improve system performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wetted radius
  • Moisture advance front
  • Irrigation management
  1. اسماعیلی، ا.، سلطانی محمدی، ا. و برومند­نسب، س. 1394. بررسی ابعاد پیاز رطوبتی آبیاری قطر­ه­ای نواری در اراضی شیب­دار. مجله علمی کشاورزی، علوم و مهندسی آبیاری، جلد 39، شماره 1، صفحات 190- 181.
  2. تمجید، م.، بیگلویی، م.ح.، خالدبان، م.ر.، مریدنژاد، ع. و محمدی، ع. 1392. مقایسه رگرسیون خطی و شبکه­های عصبی در برآورد ابعاد پیاز رطوبتی در اراضی شیب­دار. نشریه دانش آب و خاک، جلد 24، شماره 4، صفحات 246- 237.
  3. علیزاده، ا. ۱۳۸۵. اصول طراحی سیستم­های آبیاری تحت فشار. جلد دوم، چاپ پنجم، انتشارات آستان قدس رضوی، 367 صفحه.
  4. کریمی، ب.، سهرابی،ت.، میرزائی،ف. و آبابایی، ب .1394.استخراج روابط تخمین سرعت پیشروی جبهه حرکت آب در سیستم­های آبیاری قطره­ای سطحی و زیرسطحی با کمک آنالیز ابعادی. نشریه دانش آب و خاک ، جلد 25 ، شماره 1، صفحات 101 تا 112.
  5. نوروزیان، ز.، صدرالدینی، ع.ا.، ناظمی، ا.ح. و دلیرحسن نیا، ر. 1395. بررسی تجربی و عددی توزیع رطوبت خاک در آبیاری قطره­ای زیرسطحی در خاک­های لایه­ای و شیب­دار. نشریه دانش آب و خاک،  جلد 26،  شماره 4،  بخش 1، صفحات 27- 13.
  6. Al-Ogaidi, A.A.M., Wayayok, A., Rowshona, M.K., and Abdullah, A.F. 2016. Wetting patterns estimation under drip irrigation systems using unenhanced empirical model. J. Agric. Water Mang. 176: 203-213.Arbat, G., Puig-Bargués, J., Duran-Ros, M., Barragán, J., and Ramírez de Cartagena, F. 2013­. Drip-Irriwater: Computer software to simulate soil wetting patterns under surface drip irrigation. Comput. Electron. Agric. 98: 183–192. 
  7. Cook, F.J., Thorburn, P.J., Fitch, P., Charlesworth, P.B., and Bristow, K.L. 2006. Modeling trickle irrigation: comparison of analytical and numerical models for estimation of wetting front position with time. Environ Model Software, 21: 1353–1359.
  8. Malek, K., and Peters, R.T. 2011. Wetting pattern models for drip irrigation: new empirical model. J. Irrig. Drain. Eng. 137: 530–536.
  9. Philip, J.R. and Knight, J.H. 1997. Steady infiltration flows with sloping boundaries. J. Water Res. Research. 33(8): 1833-1841.
  10. Revol, P.H., Clothier, B.E., Vachaud, G., and Thony, J.L. 1991. Predicting the field characteristics of trickle irrigation. J. Soil Tech. 4: 125-134.
  11. Samadianfard, S., Sadraddini, A.A., Nazemi, A.H., Provenzano, G. and Kisi, O. 2012. Estimating soil wetting patterns for drip irrigation using genetic programming. Spanish J. Agric. Res. 10: 1155–1166.
  12. Tarek, K. Zin El-Abedin., Mohamed, A. Mattar. And Alazba, A. A. 2015. Soil wetting pattern from subsurface drip irrigation as affected by application Of A polyacrylamide Layer. Irrig. And Drain. 64: 609–618.