بخشی از مقاله
چکیده
نفوذ از مشخصههای مهم در طراحی و ارزیابی آبیاری سطحی است. برای تعیین این پارامتر، معادلات زیادی از جمله معادلات کوستیاکفB لوئیز و فیلیپ ارائه شده است. در این تحقیق، حساسیت ضرایب معادله نفوذ نسبت به دبی ورودی، نفوذ پایه، سطح مقطع و فاکتور شکل سطحی، در دو نوع خاک لوم شنی و شنی لومی رسی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای شبیهسازی زمان پیشروی با استفاده از معادلات نفوذ بدست آمده، از نرم افزار Surface استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که اثر تغییرات پارامترهای ورودی روی تغییرات ضرایب a و k در آبیاری دوم بیشتر از سایرآبیاریها میباشد. همچنین ضرایب k و a به ترتیب نسبت به تغییرات دبی و نفوذ پایه بیشترین حساسیت و ضریب a کمترین حساسیت را نسبت به تغییرات سطح مقطع دارد. میزان تغییرات ضریب a به ازای10 درصد تغییر نفوذ پایه در خاک لوم - شنی و در خاک لوم- شنی- رسی به ترتیب برابر 7/8 و 100 درصد است در حالیکه میزان تغییرات ضریب k به ازای 10 درصد تغییر دبی در خاک لوم - شنی و خاک لوم- شنی- رسی به ترتیب 17/9 و 12/4 درصد بوده است. در معادله فیلیپ، ضریب S بیشترین حساسیت را نسبت به تغییرات دبی ورودی داشته است. میزان تغییرات ضریب S به ازای 10 درصد تغییر دبی در خاک لوم- شنی و خاک لوم-شنی- رسی به ترتیب 45/7 و 28 درصد بوده است. ضریب A نسبت به تغییرات سطح مقطع حساس بوده ولی با تغییر دبی ورودی هیچ تغییری نمیکند. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد که روش یک نقطهای شپارد برآورد بهتری نسبت به روش دونقطهای الیوت و واکر دارد.
واژههای کلیدی: آبیاری جویچهای، روش دو نقطهای، شبیهسازی، ضرایب معادلات.
مقدمه
برای طراحی و مدیریت مطلوب روشهای مختلف آبیاری اطلاع از خصوصیات نفوذپذیری خاک ضروری است. نفوذپذیری به خصوصیات خاک و شرایط سطحی مزرعه بستگی دارد - رحیمی و کشکولی . - 1385 به دلیل تغییرپذیری زمانی و مکانی پارامتر نفوذ، اندازهگیری مستقیم آن نیاز به وقت و نمونهبرداری فراوانی دارد، به همین علت معادلات تجربی و فیزیکی برای کمی کردن فرایند نفوذ در آبیاری سطحی وجود دارد که می توان به معادله کوستیاکف، کوستیاکف - لوئیز و فیلیپ اشاره کرد - محمدی و رفاهی . - 1384 برای تعیین ضرایب این معادلات روشهای مختلفی ارائه شده است. از جمله این روشها میتوان به روش دو نقطهای الیوت و واکر - - 1982 برای تعیین ضرایب معادله کوستیاکف B لوئیز و روش یک نقطهای شپارد و همکاران - - 1993 برای ضرایب معادله فیلیپ اشاره نمود.
زریهان و همکاران - - 1996 با استفاده از مدل اینرسی صفر آنالیز حساسیتی را برای پنج شاخص - بازده کاربرد، بازده نیاز آبی، ضریب یکنواختی، رواناب و نسبت نفوذ عمقی - و دو پارامتر - کفایت آبیاری و زمان پیشروی - انجام دادند. نتایج نشان داد که عوامل هندسی جریان تاثیر چندانی بر روی نتایج حاصل از مدل نداشته ولی پارامترهای ذکر شده نسبت به تغییرات عوامل هیدرولیکی مقطع جریان به شدت حساس میباشند.
افشارچمنآباد و سپاسخواه - - 1380 ضرایب معادله نفوذ کوستیاکف B لوئیز در آبیاری جویچهای یک درمیان را با استفاده از دو روش محاسباتی بررسی کردند. دو روش برای واسنجی معادله نفوذ استفاده شد: روش اول استفاده از دادههای پیشروی به تنهایی - الیوت و واکر - و در روش دوم از داده های پیشروی و ذخیره - اسکالوپی و همکاران - استفاده گردید. با استفاده از دو روش محاسباتی ضرایب معادله نفوذ کوستیاکف B لوئیز برای دو روش آبیاری جویچهای معمولی و یک در میان متفاوت بود. محاسبه ضرایب به روش دوم به علت اینکه از دادههای آبیاری کامل استفاده می کند معادله نفوذ واقعی تری را نشان میدهد. طباطبائی و همکاران - - 1383 تغییرات زمانی ضرایب معادله کوستیاکف را شبیهسازی کردند. در این تحقیق ضرایب نفوذ با استفاده از روش ورودی و خروجی و دو نقطهای الیوت و واکر انجام گردید. نتایج نشان داد که مقادیر نفوذ در طی فصل رشد تغییرات معنیداری داشته و با مدل لگاریتمی قابل شبیهسازی است.
هالزافل و همکاران - - 2004 پارامتر های نفوذ را در آبیاری جویچهای، مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان میدهد که نفوذ آب در جویچه تحت تاثیر عواملی چون شکل جویچه، اندازه جویچه و سطح تماس آب با خاک قرار میگیرد.
خاطری و اسمیت - - 2005 به ارزیابی چند روش نفوذپذیری برای تعیین پارامترهای نفوذ در آبیاری جویچهای پرداختند. روشهای مذکور شامل روش دو نقطه ای الیوت و واکر، یک نقطهای شپارد و همکاران، یک نقطهای والیانتزاس و همکاران، تابع خطی نفوذ و استفاده از مدل رایانهای INFILT بودند. نتایج نشان داد که روشهای دو نقطهای الیوت و واکر و تابع خطی نفوذ عملکرد خوبی داشتند. اوجاقلو و همکاران - - 1387 برآورد پارامترهای نفوذ برای شبیهسازی جریان پیشروی آب در جویچه را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق چهار روش دو نقطهای، یک نقطهای، نقطه انتهایی و بهینه سازی برای تعیین ضرایب معادله کوستیاکف برای سه جویچه مورد استفاده قرار و شبیه سازی جریان با استفاده از دو نرم افزار WINSRFR و SURFACE صورت گرفت. نتایج نشان داد روشهای دو نقطهای و بهینهسازی برآورد مناسبتری برای پارامترهای معادله نفوذ داشتند و روش یک نقطهای برآورد کمتر از حد و روش نقطه انتهایی برآورد بیش از حد داشت.
هدف از این تحقیق بررسی حساسیت ضرایب معادلات نفوذ کوستیاکف B لوئیز و فیلیپ به ازای درصد تغییر پارامترهای اندازهگیری ورودی در دو روش دو نقطهای و یک نقطهای در آبیاری جویچهای است.
مواد و روشها
در این تحقیق با استفاده از دادههای پیشروی، ضرایب معادله نفوذ کوستیاکف B لوئیز از روش دونقطهای الیوت و واکر - - 1982 و معادله فیلیپ از روش یک نقطهای شپارد - - 1993 تعیین و جریان پیشروی توسط نرمافزار Surface شبیهسازی گردید. همچنین میزان حساسیت ضرایب معادلات نفوذ نسبت به تغییرات هر یک از پارامترهای اندازهگیری ورودی شامل دبی ورودی، نفوذ پایه، سطح مقطع و ذخیره سطحی، در دو نوع خاک لوم شنی و شنی لومی رسی مورد بررسی قرار گرفت.
روش دو نقطهای:
الیوت و واکر - - 1982 برای محاسبه ضرایب معادله کوستیاکف -لوئیز با استفاده از معادله بیلان حجمی روشی را ارائه کردند.
اساس این روش بر پایه معادله پیوستگی و شکل نمایی مرحله پیشروی بوده و برای آبیاری جویچهای توسعه یافت. در این روش از دو نقطه میانی و انتهایی مرحله پیشروی برای تخمین پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف- لوئیز استفاده میشود.
در روابط فوق Z نفوذ تجمعی - ، t زمان نفوذ، a ،k ضرایب نفوذ و نفوذ نهایی، t0.5L زمان پیشروی آب تا نصف طول جویچه - - min، t زمان پیشروی آب تا انتهای جویچه min - - ، L طول جویچه - - m، Qinو Qout به ترتیب دبی ورودی و خروجی از جویچه بر حسب - m3/min - و.z فاکتور شکل زیرسطحی میباشد.
روش شپارد و همکاران
شپارد و همکاران - - 1993 برای تعیین معادله نفوذ در آبیاری جویچهای، با استفاده از معادله فیلیپ و داده های پیشروی، روش یک نقطهای ارائه نمودند. این روش مشابه روش دو نقطهای الیوت و واکر بوده با این تفاوت که مقدار نمای معادله پیشروی - r - ثابت و 0/5 فرض شده است. در این روش اندازهگیری پیشروی آب در طول جویچه فقط در یک نقطه و آن هم در انتهای جویچه صورت میگیرد. روش مذکور متوسط نفوذ در طول جویچه را با استفاده از داده های زمان پیشروی در انتهای جویچه، دبی ورودی، سطح مقطع جریان و معادله فیلیپ محاسبه مینماید. در این روش، ضرایب S و A از روابط زیر محاسبه میشوند:
که درآن، c متوسط سطح مقطع جریان، x2 طول جویچه، t2 زمان پیشروی در فاصله x2 و Q دبی ورودی به جویچه میباشد.
در این تحقیق از دو مجموعه اطلاعات، دادههای رساله دکتری طباطبائی - - 1383 و داده های پایاننامهی کارشناسی ارشد قبادینیا - - 1383 استفاد شده است. مشخصات فیزیکی و مشخصات جویچهها برای دو سری داده به ترتیب در جداول 1 و 2 آمده است.
جدول-1 مشخصات فیزیکی خاک مورد آزمایش
همچنین میزان تغییرات خطای شبیهسازی به ازای میزان تغییرات پارامترهای اندازهگیری محاسبه گردید. برای شبیه سازی جریان پیشروی در جویچه از مدل Surface استفاده شد. این مدل با استفاده از مدل هیدرودینامیک شبیهسازی را انجام میدهد.
