مدل‌سازی ابعاد پیاز رطوبتی خاک تحت سامانه آبیاری قطره‌ای پالسی به‌روش آنالیز ابعادی و مقایسه با مدل عددی hydrus-2d

طراحی، بهره برداری و مدیریت بهینه سیستم های آبیاری قطره ای نیازمند کاربرد ترکیب مناسبی از پارامترهایی مانند دبی قطره چکان ها، فاصله بین قطره چکان ها و لاترال های آبیاری، عمق توسعه ریشه و ویژگی های هیدرولیکی خاک است که مطابق با الگوی رشد ریشه در خاک باشند تا آب و مواد غذایی به مقدار نیاز در اختیار گیاه قرار گیرد. مدل سازی ابعاد پیاز رطوبتی اطراف یک قطره چکان آبیاری ساده تر و کاربردی تر از اندازه گیری های آزمایشگاهی یا مزرعه ای است، بنابراین در پژوهش حاضر یک مدل تجربی برای برآورد ابعاد پیاز رطوبتی تحت سیستم آبیاری قطره ای پالسی با روش آنالیز ابعادی ارائه شد. مدل تجربی توسعه یافته شامل معادلاتی براساس دبی قطره چکان، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، حجم آب کاربردی و نسبت پالس آبیاری برای برآورد ابعاد پیاز رطوبتی می باشد. آزمایش های لازم برای تعیین حداکثر عمق و عرض پیاز رطوبتی در زمان های مختلف پس از شروع آبیاری در یک خاک رسی انجام گردید. تیمارهای مدیریت پالسی در سه سطح (دو، سه و چهار پالس آبیاری) و زمان بندی قطع جریان در دو سطح (یک و سه برابر زمان وصل جریان) اعمال شدند. مقادیر عمق و عرض پیاز رطوبتی برآوردی توسط مدل تجربی و عددی hydrus2d با مقادیر مشاهداتی مورد مقایسه قرار گرفتند. پارامتر ضریب تعیین (r2) برای مقادیر اندازه گیری شده و برآوردی عمق و عرض پیاز رطوبتی در مدل تجربی 0.94 و 0.93 و در مدل عددی 0.95 و 0.97 به دست آمد که حاکی از دقت مناسب هردو مدل در برآورد ابعاد پیاز رطوبتی است. هم چنین نتایج آنالیز آماری آزمون تی استیودنت نشان داد که با احتمال 99.5 درصد اختلاف معنی داری بین مقادیر برآوردی مدل تجربی و مقادیر مشاهداتی وجود ندارد. مقادیر آماره های rmse، me و ef حاکی از دقت بالاتر مدل عددی hydrus2d در برآورد ابعاد پیاز رطوبتی بود، ولی باتوجه به سهولت کاربرد و نیاز به پارامترهای ورودی کم تر استفاده از مدل تجربی در طراحی سیستم های آبیاری قطره ای پالسی توصیه می شود.

Modeling Soil Wetting Patterns under Pulsed Drip Irrigation by Dimensional Analysis Method and Comparison with HYDRUS2D Numerical Model

The optimal design, operation and management of drip irrigation systems relies significantly on selection of a suitable combination of emitter discharge rate, emitter and lateral spacing, root depth and soil hydraulic properties that should be in consistent with root growth pattern in the soil for delivering required amount of water and nutrition to the plant. Modeling soil wetting pattern is more practical and easier than the conducting laboratory or field measurements. In this study, an empirical model was developed to predict the dimensions of the wetting pattern under pulsed drip irrigation using dimensional analysis method. The main inputs of the proposed model are emitter discharge rate, saturated hydraulic conductivity, total volume of applied water and pulse ratio.  Experimentations included determination of the maximum depth and width of the wetting pattern after water application under different combination of pulses in a clay soil. The treatments were consisted of three pulses (P2, P3, P4) and two OffTime durations (T1, T2). The predicted values of wetted depth and width by the empirical model and the HYDRUS2D model were compared with the observations. The coefficient of determination parameter for the measured and estimated wetting pattern dimensions that obtained from empirical model was 0.94 and 0.93 and for numerical model was 0.95 and 0.97, which indicates good accuracy of the models. The results of the Ttest analysis indicated that the empirical and numerical model simulated values were not significantly different (with a probability of 99.5%) from the observed ones. Although, on the basis of RMSE, ME and EF parameters the HYDRUS2D model performance was better than the proposed empirical model but due to the simplicity of use and requiring less number of input parameters, it is recommended to use the developed empirical model to predict the wetting pattern as required in the design of drip irrigation systems.