کاربرد مدل swap برای مدل‌سازی یک سامانه زراعی با زهکشی زیرزمینی کنترل شده در یک مزرعه نیشکر

به‌دلیل تغییرات زمانی سریع تراز آب زیرزمینی کم‌عمق و  اجزای بیلان آب و نیز به‌لحاظ وسعت قابل توجه (حدود 20 هکتار) هر قطعه از مزارع نیشکر با زهکشی زیرزمینی در استان خوزستان، شبیه‌سازی واقع‌بینانه فرآیندهای زراعیهیدرولوژیکی حاکم بر این مزارع چالش‌برانگیز است. در پژوهش حاضر، از طریق کاربرد نسخه تصحیح شده‌ای از مدل swapو گونه بهبود یافته‌ای از الگوریتم بهینه سازی رفتار جمعی اجزای یکپارچه (upso)، یک طرح مدل‌سازی زراعیهیدرولوژیکی توزیعی با قابلیت واسنجی زیرروزانه با امکان شبیه‌سازی زهکشی زیرزمینی کنترل شده ساخته شد. طرح مدل‌سازی مزبور در یکی از مزارع کشت و صنعت نیشکر امام خمینی (ره) با مدیریت زهکشی کنترل شده (کنترل سطح ایستابی در عمق 90 سانتی‌متر) و کشت اول نیشکر (رقم cp48103) طی دوره شبیه‌سازی 4.1389.28 تا 9.1390.20 (به‌مدت 481 روز) به‌کاربرده شد. نتایج واسنجی و صحت‌یابی مدل مزبور حاکی از قابلیت تعمیم‌پذیری مناسب مدل در شبیه‌سازی رطوبت خاک، عمق سطح ایستابی و جریان زه‌آب خروجی (با آماره ضریب راندمان مدل، ef، به‌ترتیب، برابر با 0.829، 0.922 و 0.857 طی مرحله واسنجی و آماره ef به‌ترتیب، برابر با 0.877، 0.781 و 0.712 طی مرحله صحت‌یابی)، شبیه‌سازی نیم‌رخ غلظت املاح آب خاک و شوری زه‌آب خروجی از سیستم زهکش زیرزمینی )با آمارهریشه میانگین خطای نرمال شده، nrmse، به‌ترتیب، برابر با 0.124 و 0.079 در مرحله واسنجی و آماره nrmse به‌ترتیب، برابر با 0.152 و 0.072 طی مرحله صحت‌یابی) و شبیه‌سازی شاخص سطح برگ، عملکرد نی و عملکرد ساکارز (با آماره efبه‌ترتیب، برابر با 0.997، 0.993 و 0.988 در مرحله واسنجی) بود. بر اساس اجزای بیلان املاح شبیه‌سازی شده طی دوره مطالعاتی، حدود 30.10 تن نمک بر هکتار از طریق آبیاری به‌ مزرعه مطالعاتی وارد و حدود 46.25 تن نمک بر هکتار از طریق سیستم‌های زهکشی سطحی و زیرزمینی به بدنه‌های آبی پذیرنده تخلیه شد.

Application of SWAP Model for Modelling a Sugarcane Farming System with Controlled Subsurface Drainage

Realistic agrohydrological modeling of the sugarcane fields with subsurface drainage in Khuzestan Province, Iran, is a challenging problem, due to rapid fluctuations of the shallow groundwater and, hence, water balance components, and significant size (~ 20 ha) of the fields. In this work, a distributed agrohydrological modeling scheme was developed through the application of a modified version of the SWAP model and an improved variant of Unified Particle Swarm Optimization (UPSO) algorithm with capability of subdaily calibration and simulation of controlled drainage. The developed modeling scheme was applied to a sugarcane (CP48103 cultivar) field with controlled drainage (at 90 cm below ground level) in Imam Khomeini Sugarcane Agroindustrial Company farms, during 20102011 (481 days). The results demonstrated the success of the developed modeling scheme in retrieving the measured soil moisture, groundwater level, subsurface drainage outflow (with an EF of 0.829, 0.922, and 0.857 for calibration dataset; and 0.877, 0.781, and 0.712 for validation dataset, respectively), soil water solute concentration, subsurface drainage outflow salinity (with a NRMSE of 0.124 and 0.079 for calibration dataset; and 0.152 and 0.072 for validation dataset, respectively), Leaf Area Index, cane yield, and sucrose yield (with an EF of 0.997, 0.993, and 0.988, respectively). Based on the solute balance components simulated throughout the simulation period, ~ 30.10 ton salt ha1 was added to the soil due to saline irrigation water, and ~ 45.25 ton salt ha1 was discharged into the receiving water bodies via surface/subsurface field drains.