بخشی از مقاله
چکیده
یکی از پارامترهای مهم در طراحی سیستمهای زهکشی تعیین فاصله زهکشها است. در شرایط بسیار مطلوب و آرمانی سیستم زهکشی یک مزرعه باید به نحوی طراحی شود که هیچ یک از مراحل بحرانی دوره رشد شرایط غرقابی یا ماندابی اتفاق نیفتد در واقع فاصله زهکشها باید به نحوی باشد که سطح آب زیرزمینی بین دو زهکش به مقدار لازم پایین برود . برای دستیابی به این مهم نیازمند این هستیم که عوامل موثر بر فاصله زهکشها مانند هدایت هیدرولیکی -که دارای تغییرات مکانی بالا میباشد- را به خوبی تخمین بزنیم.
در این تحقیق که در سه واحد از 22 واحد عمرانی شبکه آبیاری و زهکشی جزیره آبادان و خرمشهر انجام گردیدهاست. با استفاده از دادههای هدایت هیدرولیکی برداشت شده از سطح مزرعه اقدام به برآورد بهینه آنها از طریق روش تیسن و کریجینگ گردید، سپس فاصله زهکشها به وسیله رابطههای هوخهات، گلور-دام و نرمافزار Endrain به دست آمد. نتایج حاکی از آن است که فاصلههای به دست آمده از طریق هدایت هیدرولیکی برآورد شده به روش کریجینگ نسبت به روش تیسن دقیقتر میباشند. همچنین معادله گلور-دام تخمین نزدیکتر به مقادیر اجرا شده ارائه دادهاست.
.1 مقدمه
توسعه روز افزون جمعیت جهانی، نیاز بشر به محصولات کشاورزی را افزایش میدهد این امر توجه انسانها را به بخش کشاورزی را میطلبد. توجه به این بخش بدون توجه به آبیاری و استفاده بهینه از منابع آب میسر نخواهد بود. هر طرح آبیاری در صورتی موفق خواهد بود که مسئله زهکشی خاک نیز در نظر گرفته شود به عبارت دیگر آبیاری و زهکشی لازم و ملزوم یکدیگرند . به طور کلی زهکشی به معنای خارج نمودن آب و املاح اضافی از خاک است عدم وجود زهکشی منجر به ماندابی و شورهزار شدن خاکها میشود.
در کشوری مانند ایران که بارندگی در اکثر نقاط آن کم و تبخیر و تعرق زیاد است مسئله تجمع نمک در خاکها وجود دارد، بدین روی زهکشی یکی از نیازهای اصلی و مهم بخش کشاورزی محسوب میگردد. برای اینکه زهکشهای زیر زمینی بتوانند به خوبی وظیفه خود را انجام دهند باید به طور صحیح طراحی شوند. یکی از پارامترهای مهم در طراحی سیستمهای زهکشی، تعیین فاصله زهکشها میباشد.به همین علت تحقیقات زیادی توسط محققان برای دستیابی به فاصله مناسب زهکشها با توجه به معادلات گوناگون در نقاط مختلف صورت گرفتهاست.
ترابی - 1393 - به ارزیابی صحرایی هشت معادله زهکشی جریان ناهمگام شامل گلور، لوتین، حماد، وانشیلفگارد، گلور اصلاح شده توسط وانشیلفگارد، باور و وانشیلفگارد، دام و یانگز در منطقه رودشت اصفهان پرداخت نتایج حاکی از آن بود که معادلات یانگز و لوتین بهترین میانگین فاصله زهکشها و معادلات گلور و حماد بدترین فاصله زهکشها را محاسبه کردهاند.
دهقانیان و همکاران - 1389 - به تعیین فاصله زهکشهای زیرزمینی با استفاده از معادلات مختلف در شهرستان مرودشت استان فارس پرداختند. نتایج حاکی از آن بود که فرمولهای دام 11/25 و گلور با 13/8 درصد متوسط انحراف از فاصله واقعی زهکشهای زیرزمینی بهترین کارایی را دارا هستند.
شایاننژاد - 1385 - به محاسبه فاصله زهکشهای زیرزمینی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی پرداخت نتایج تحقیق اختلاف معناداری در فاصله زهکشهای محاسبه به وسیله شبکه عصبی مصنوعی و مقدار واقعی آنها نشان نداد در نتیجه میتوان گفت که در محاسبه فاصله زهکشها میتوان با دقت بالایی از شبکه عصبی مصنوعی نیز استفاده کرد. حاجیان نیز در تحقیقی به محاسبه فاصله زهکشها به سه روش هوخهات، کرکهام و گلوردام پرداخت که در نهایت معادله گلور- دام بهترین مقدار فاصله زهکش-ها را ارائه کردهاست.
در تمام این روابط فاصله زهکشها به پارامترهای مختلفی وابسته میباشند که از جمله مهمترین این پارامترها به علت تغییرات مکانی زیاد هدایت هیدرولیکی میباشد. که در پژوهشهای بسیاری مانند گالیچند و همکاران - 1991 - ، مصطفی - 2000 - ، سپاسخواه و عطایی - 2004 - ، حسینی و همکاران - 1384 - و حمزه و همکاران - 1389 - اشاره شدهاست.
در این پژوهش که در 3 واحد از واحدهای 22گانه شبکه آبیاری جزیره آبادان و خرمشهر انجام گردیده به منظور دستیابی به برآورد بهنیه هدایت هیدرولیکی منطقه، هدایت هیدرولیکی برداشت شده به وسیله چاهک در سطح مزرعه را با دو روش تیسن1 و کریجینگ2 تخمین زده شد. در نهایت با هدف پی بردن به بهترین معادله برای نخمین فاصله زهکشها مبادرت به تعیین این فاصلهها با استفاده از معادلات گلور- دام، هوخهات و نرمافزار Endrain گردید.
.2 مواد و روشها
.2-1 موقعیت منطقه طرح
شبکه آبیاری جزیره آبادان و خرمشهر از 22 واحد عمرانی تشکیل شدهاست که نواحی عمرانی KQ1، KQ2 و KQ3 در حاشیه اروندرود و حدود 35 کیلومتری شرق آبادان - محور آبادان- اروند کنار - در دهستان مینوحی واقع شدهاند. مساحت اراضی نواحی عمرانی فوقالذکر در حدود 2100 هکتار میباشد. در شرایط کنونی در نواحی عمرانی مذکور عمده اراضی درخت خرما کشت شده-است. چون در نظر است عملیات آبیاری از حالت سنتی آن یعنی جزر و مدی خارج شده و به یک روش غرقابی کنترل شده - سطحی - تغییر یابد به ناچار آب بیشتری به پروفیل خاک منتقل شده و با توجه به کم عمق بودن لایه محدود کننده در این اراضی و بافت و ساختمان خاک احداث زهکشهای زیرزمینی امری ضروری بودهاست.
.2-2 معادلات زهکشی مورد استفاده
.2-2-1معادله هوخهات
هوخهات در سال 1940 فرمولی برای محاسبه فاصله بین زهکشها در شرایط ماندگار پیشنهاد نمود . در این فرمول فقط افت انرژی در اثر جریان افقی و شعاعی در نظر گرفته شدهاست، و از افت بار انرژی در اثر جریان عمودی به دلیل کوچک بودن صرف نظر کردهاست. در معادله هوخهات قسمتی از جریان در زیر تراز مبنای زهکشی و قسمتی در بالای تراز مبنای زهکشی صورت میگیرد. فرمول کلی هوخهات به صورت زیر میباشد.
که دراین رابطه :
: k1 ضریب آبگذری لایه بالایی بر حسب متر بر روز : k2 ضریب آبگذری لایه پایینی بر حسب متر بر روز : d عمق معادل بر حسب متر
: h ارتفاع سطح ایستابی بالای زهکشها بر حسب متر که برابر است با عمق نصب زهکشها منهای عمق تثبیت سطح ایستابی، با توجه به اینکه عمق تثبیت سطح ایستابی برابر 0/8 متر در نظر گرفته شد و با توجه به اعماق مختلفی که در این پروژه در نظر گرفته شده-است مقدار h محاسبه شدهاست.
: q شدت تخلیه بر حسب متر بر روز که برابر 0/003 متر در روز در نظر گرفته شده است.
برای محاسبه عمق معادل در این رابطه نیازمند استفاده از روابط زیر میباشیم که D فاصله زهکش تا عمق لایه غیر قابل نفوذ که مقدار آن 4 متر در نظر گرفته شدهاست و L فاصله زهکشها از یکدیگر میباشد.
.2-2-2 معادله گلور- دام
این معادله حالتی را توصیف میکند که اگر فرضاً پس از بارندگی یا آبیاری سطح ایستابی تا نزدیک سطح زمین بالا آمده باشد زهکشها با چه سرعتی آن را پایین خواهند آورد. معادله گلور - دام به قرار زیر است.
.2-2-3 نرم افزار Endrain
این نرمافزار با استفاده از معادلات توازن انرژی و معادله دارسی قابلیت تعیین فاصله زهکشها را داراست. محاسبات Endrain بر پایه نظریه تعادل انرژی جریان زیرزمینی است. هرچند نظریه سنتی که بر پایه معادلات تعادل آبی دارسی یا بقاء جرم است، نیز مورد استفاده قرار میگیرد. این نرم افزار بر اساس فرمول تجربی ارنست طراحی شدهاست، به همین دلیل نرم افزار مذکور قابلیت تعیین هدایت هیدرولیکی لایههای مختلف خاک را دارد. پارامترهای ورودی مدل عبارتند از:
R ضریب: زهکشی بر حسب متر در روز که همانطور که قبلاً ذکر شد در این تحقیق مقدار آن 0/003 متر در روز بود.
: D عمق لایههای خاک بر حسب متر، که در این پروژه عمق اولین لایه را که در نرمافزار با D1 نشان دادهشده برابر 1/5 متر و عمق لایه دوم را که با D2 در نرمافزار نشان داده شدهاست برابر 4 متر در نظر گرفتهایم.
: Dw عمق سطح آب درون زهکش از سطح زمین بر حسب متر است. به علت اینکه شعاع لوله زهکش برابر 5 سانتیمتر است، برای به دست آوردن مقدار این پارامتر از اعماق نصب لوله زهکش مقدار 0/05 کم شدهاست.
