تحلیل عددی و تجربی پیشروی جبهه رطوبتی خاک در آبیاری قطره‌ای با استفاده از مدل‌سازی شبکه‌منفذی

در سیستم‌های جریان دوفازه نظیر جریان آب و هوا در محیط متخلخل، مشخصات جریان به توزیع مکانی فازها در فضای منفذی بستگی دارد. در مقیاس منفذی، توزیع فازها توسط نیروهای کاپیلاری که به توزیع منافذ، کشش سطحی و مقدار خیس شدگی بستگی دارد، کنترل می‌شوند. به همین دلیل، رابطه بین فشار کاپیلاری و درجه اشباع در شبیه‌سازی جریان آب در محیط متخلخل اهمیت زیادی دارد. در این راستا، مدل‌های شبکه‌منفذی دینامیک می‌توانند نقش حایز اهمیتی در پیش‌بینی رابطه فشار کاپیلاری و درجه اشباع داشته باشند. در مطالعه حاضر، نتایج حاصل از مدل‌سازی عددی شبکه‌منفذی که فضاهای خالی خاک را به وسیله شبکه‌ای از جسم‌های منفذی متصل شده با مجاری منفذی، ارایه می‌کند، برای محاسبه رابطه ماکروسکوپیک فشار کاپیلاری و درجه اشباع استفاده شده است. سپس با استفاده از رابطه حاصل از مدل‌سازی شبکه‌منفذی و حل عددی معادله دیفرانسیلی ریچاردز با استفاده از تکنیک تفاضلات محدود، پیشروی جبهه رطوبتی در آبیاری قطره‌ای شبیه‌سازی شده است. همچنین، پیشروی جبهه رطوبتی حاصل از آبیاری قطره ای در یک تانک آزمایشگاهی حاوی خاک شنی در سه دبی 2، 4 و 6 لیتر بر ساعت و زمان‌های 20، 40، ... و 360 دقیقه از شروع آبیاری مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد مدل‌سازی شبکه‌منفذی با مقایسه پیشروی جبهه رطوبتی شبیه‌سازی شده با نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی شده توسط بسته نرم‌افزاری هایدورس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از مقایسه داده‌های آزمایشگاهی با داده‌های پیش‌بینی شده با استفاده از پارامترهای آماری نشان دادند که مدل شبکه‌منفذی در هر سه دبی مذکور دقت بیشتری نسبت به نرم‌افزار هایدروس دوبُعدی در برآورد عمق جبهه رطوبتی دارد. به استثنای حالت مربوط به کاربرد دبی 2 لیتر بر ساعت، روند مشاهده شده در برآورد عمق جبهه رطوبتی در خصوص شعاع جبهه رطوبتی از قطره‌چکان نیز صادق بوده و مدل شبکه‌منفذی خطای به مراتب کمتری نسبت به نرم‌افزار هایدروس دوبُعدی در پیش‌بینی شعاع جبهه رطوبتی نشان داد.