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

الگوی پیاز رطوبتی به عنوان یک فاکتور مهم در طراحی و مدیریت سامانه های آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی مورد توجه است. آگاهی از ابعاد پیاز رطوبتی در انتخاب فاصله دقیق بین قطره چکان ها و فاصله مناسب بین لاترالها ضروری است. در این پژوهش،آزمایش ها در یک مدل فیزیکی پلکسی گلاس شفاف با ابعاد 3×1.22×0.5متر به انجام رسید. از سه نوع بافت (رسیشنی، لوم‌‌ - رسی‌ - شنی و شنی - ‌لومی) به طور مجزا استفاده شد. در این رابطه، قطره چکان ها در سه عمق (15، 30 و 45 سانتی متری از سطح خاک) نصب شد وهمچنین قطره چکان هایی با آبدهی 2.4، 4 و 6 لیتر بر ساعت انتخاب و زمان آبیاری، شش ساعت اعمال شد. با استفاده از داده های به دست آمده از بررسی های آزمایشگاهی و با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی، یک مدل تجربی به منظور برآورد توزیع افقی جبهه رطوبتی در زمان های مختلف ارائه شد. در این مدل تجربی، با در نظر گرفتن پارامترهای دبی قطره چکان، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، زمان آبیاری،جرم ویژه ظاهری خاک، عمق نصب قطره چکان، رطوبت حجمی اولیه، درصد شن، سیلت و رس، شعاع خیس شدگیدر بالا و پایین محور قطره چکان برآورد شد. همچنین، با در نظر گرفتن مدل پیشنهادی یادشده، شعاع خیس شده پیاز رطوبتی در اعماق مختلف تعیین شد (بهینه سازی ضرایب معادلات) و متناسب با آن شکل کامل پیاز رطوبتی برآورد شد. بهترین کارایی مدل مربوط به عمق صفر (روی محور قرارگیری قطره چکان) است که مقادیر rmse، maeو  به ترتیب 2.15، 1.7سانتی متر و 14.85% و مقدار r2برابر 0.92 بدست آمد و کمترین کارایی مدل مربوط به عمق 20 سانتی متری از محل قطره چکان بوده که مقادیر rmse، maeو  برای آن ها به ترتیب مقادیر 3.93 و 3.26 سانتی متر و 37.55% و مقدار r2 (در سطح پنج درصد معنی دار) نیز 0.75 محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان داد مدل پیشنهادی، شکل کامل الگوی خیس شدگی را با دقت معقولی برآورد کرده است. لحاظ این مدل در طراحی سامانه های آبیاری قطره ای زیر سطحی می تواند باعث بهبود عملکرد آن ها شود.

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

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 Lhr1 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.