بخشی از مقاله
چکیده:
تخمین پارامترهای نفوذ یکی از مهمترین و مشکلترین مسئله در ارزیابی و طراحی آبیاری جویچهای میباشد. در این تحقیق برای تعیین ضرایب نفوذ کاستیاکف-لوئیس از روش دونقطهای و مدل Sipar_ID استفاده شده است. برای این منظور آزمایشاتی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهیدباهنر کرمان انجام گرفت. پس از آماده سازی زمین و ایجاد جویچههای مورد نظر، بافت خاک و مشخصات هندسی جویچهها برداشت شد. سپس با استفاده از شدت جریان ورودی محتلف میزان پیشروی آب در طول جویچه اندازهگیری گردید. عمق آب ابتدای جویچه نیز برداشت شد. نتایج نشان داد که روش دونقطهای در تخمین ضرایب نفوذ بهتر عمل کرده است. مزیت استفاده از مدل Sipar_ID تحت ویندوزبودن برنامه و سادگی استفاده از آن میباشد. مزیت دیگر این مدل محاسبه ضریب زبری در آبیاری جویچه ای میباشد. نتایج همچنین نشان داد که زمانی شدت جریان ورودی به صورت افزایشی- کاهشی باشد، هر دو روش از دقت بالاتری در تخمین ضرایب نفوذ برخوردارند.
واژههای کلیدی: پارامترهای نفوذ، روش دو نقطهای، مدل Sipar_ID، آبیاری جویچهای
.1 مقدمه
مشخصات مزرعه نظیر پارامترهای نفوذ و ضریب زبری نقش موثری در بازده و عملکرد آبیاری سطحی دارد. تخمین منطقی و صحیح این پارامترها در مدیریت و طراحی سیستم های آبیاری بسیار حائز اهمیت است - رودریگز و مارتوس، . - 2008 نفوذ یکی از پیچیده ترین خصوصیات هیدرودینامیکی خاک است که در طراحی و ارزیابی سیستمهای آبیاری سطحی و به خصوص در آبیاری جویچه ای به کار میرود. عوامل و پارامترهای زیادی بر میزان نفوذ پذیری تأثیر می - گذارند. اندازه گیری تمامی این پارامترها در مزرعه برای طراحی و یا ارزیابی سیستم آبیاری، کاری بسیار مشکل و هزینهبر می باشد. در عین حال دقت و صحت داده های اندازهگیری شده نیز جای بحث دیگری دارد. مسلما هر چه تعداد پارامترهای اندازهگیری کاهش یابد هزینه لازم برای اندازهگیری کاهش مییابد - کفایتی و همکاران، . - 1384
بیشتر از دوازده روش برای تخمین این پارامترها ارائه شده است - استرلکف و همکاران، . - 2000 این روش ها بر اساس قانون بقای جرم بسط و توسعه داده شدهاند. فرض کلیه این روشها حرکت آب روی خاک به صورت سطحی و همچنین نفوذ میباشد و با داشتن تغییرات شدت جریان ورودی و حجم آب رها شده در مزرعه می توان میزان نفوذ را محاسبه و ارزیابی نمود. در روشهای تخمین پارامترهای نفوذ و ضریب زبری، این پارامترها بایستی در معادله بیلان حجم صدق کنند - کلمنز و همکاران، . - 2001 بعضی محققین بر این باورند که استفاده از اساس پیوستگی کلاسیک برای تخمین پارامترهای نفوذ، فرضیات معادله مومنتم را نقض می کنند - واکر و کاسیلینگام، . - 2004 این روشها معمولا از فرض جریان پلهای استفاده میکنند که در آن فرض بر اینست که جریان بلافاصله به جریان پایدار نهایی می رسد .
شدت جریان ورودی بر میزان ذخیره سطحی و پیشرفت آب در مزرعه تاثیر می گذارد و بنابراین کوچکترین تغییر در شدت جریان ورودی بر تخمین پارامترهای نفوذ اثر میگذارد - رینالت و والندر، . - 1996
از آنجاییکه پدیده نفوذ پیچیده است و یک معادله تجربی به تنهایی قادر به پیش بینی نفوذ برای همه نوع خاک و شرایط متنوع نیست، لذا مدلهای مختلفی ابداع و ارائه شده است. این مدل ها شامل مدل نفوذ کاستیاکف، مدل کاستیاکف- لوئیس، مدل هورتن، مدل فیلیپ و مدل SCS میباشند - موسوی و اخوان، . - 1386 پارامترهای نفوذ را می-توان با استفاده از دادههای پیشروی برداشت شده - الیوت و همکاران، 1983؛ مک کلی مونت و اسمیت، - 1996 و نیز ترکیب دادههای پیشروی و رواناب - گیلیس و اسمیت، 2005؛ کالپی و همکاران، - 1995 تخمین زد. این روشها از نظر گسترگی دادههای مورد نیاز، روش جستجو ی پارامتر، فرضیات، پیچیدگ ی تحلیل و دقت نتایج متفاوت هستند - استرالکف و همکاران، . - 2009
اصل بقای جرم مبنای تمام روشهای مستقیم تخمین پارامتر در آبیار ی سطحی است.کفایتی و همکاران - 1386 - از یک روش مبتنی بر هیدروگراف های ورودی و خروجی پارامترهای نفوذ معادله کاستیاکف-لوییس را محاسبه نمودند. از این روش میتوان در روشهای آبیاری خاص مانند آبیاری غلام در گردشی استفاده نمود. برای ارزیابی این روش از آبیاری غلام در گردشی در پارک صفه اصفهان استفاده شده است . نتایج آن هانشان داد که با استفاده از این روش پارامترهای نفوذ را با دقت قابل قبولی می توان تعیین نمود . اوجاقلو و همکاران - 1387 - از چهار روش دونقطهای، یک نقطه ای، نقطه انتهایی و بهینه سازی برای تعیین ضرایب معادله کوستیاکوفبرای سه مجموعه جویچه استفاده کردند و با استفاده از پارامترهای بدست آمده جریان پیشروی با استفاده از دو نرمافزار WinSRFR و NRCS-Surface2.1 شبیهسازی شده است.
نتایج نشان داده که روش های دونقطه ای و بهینه سازی برآورد مناسب تری برای پارامترهای معادله نفوذ داشتهاند و روش یک نقطهای برآورد کمتر از حد و روش نقطه انتهایی برآورد بیش از حد داشته است. رمضانی اعتدالی و همکاران - 1388 - از مدل Evaluate برای تخمین ضریب زبری در آبیاری جویچهای استفاده نمودند. اساس این روش بیلان حجم آب میباشد که پارامترهای کاستیاکف و ضریب زبری به طور همزمان برآورد میکند. مهمترین پارامتر ورودی این مدل عمق آب در نقاط مختلف جویچه می باشد . پارامترهای نفوذ و ضریب زبری محاسبه شده از این مدل در مدل Sirmod قرار داده شده و سپس منحنیهای پیشروی و پسروی تخمین زده شده و با دادههای اندازهگیری مقایسه گردیده است.
نتایج نشان داد که مدل Evaluate با دقت قابل قبولی مرحله پسروی که به ضریب زبری بستگی بیشتری دارد، شبیهسازی کرده است. زارعی و همکاران - 1392 - چهار روش دونقطه ای الیوت و واکر، یک نقطه ای شپارد و همکاران، نقطه انتهایی و بهینه سازی برای تعیین ضرایب معادله کوستیاکوف مورد مطالعه و ارزیابی قرار دادند. بدین منظور از اطلاعات مزرعه ای برداشت شده برای چهار مجموعه جویچه باریک و پهن و در دو نوبت آبیاری اول و دوم مورد استفاده شده است . با استفاده از پارامترهای بدست آمده معادله نفوذ از روشهای فوق، شبیه سازی جریان پیشروی جویچه با استفاده از مدل WinSRFR4.1 انجام شده است .
نتایج این تحقیق نشان داده که در آبیاری اول برای جویچههای باریک روش یک نقطهای شپارد و همکاران و برای جویچه های پهن روش دو نقطهای الیوت و واکر بیشترین دقت را داشته است. در آبیاری دوم برای جویچههای باریک وهم جویچههای پهن روش یک نقطهای شپارد و همکاران بهترین عملکرد را از خود نشان داده است. فرود و همکاران - 1996 - یک راه حل بهینه و در عین حال ساده در تخمین پارامترهای نفوذ ارائه کردند.پارامترهای مورد نیاز در این روش دبی ورودی، زمان قطع جریان، ضریب و توان معادلات پیشروی و پسروی میباشد .آنها این روش را در مزرعه ای با خاک لوم رسی مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج به جز دو مورد با مقادیر اندازه گیری شده تطابق خوبی داشته است.
در دو مورد مقادیر اندازه گیری شده بیشتر از محاسبه شده بوده که علت این امر را تغییر مشخصههای خاک در مکانهای مختلف و نیز وجود جریان افقی در حین اندازهگیری نفوذ در مزرعه بیان نمودند.مروج اله کامی و همکاران - 2009 - تحقیقی بر روی تعدادی معادله نفوذ، زبری جویچه و هیدروگراف ورودی انجام داد. در این مطالعه از روش اینرسی صفر جهت شبیه سازی استفاده شده است . کالیبره کردن این روش با داده های مزرعه انجام شده است. این مطالعه نشان داد که معادله نفوذ کاستیاکف از روش دو نقطهای دارای دقت بیشتری می - باشد. این مدل حجم کلی رواناب، حجم کل نفوذ را مشخص می کند. باتیستا و همکاران - 2012 - راهکارها ی تخم ین ذخیره سطحی در آبیاری سطحی با استفاده از محاسبات بیلان حجم مورد مطالعه قرار دادند.
این راهکارها بر اساس این فرض استوار هستند که رابطهی توانی بین عمق جریان و طول مزرعه وجود دارد. در این بررسیها از معادله کاستیاکف - لوئیس و همچنین مدل اینرسی صفر و سیستمی از متغیرهای بدون بعد برای تعیین پروفیل عمق به صورت تابعی ازشرایط هیدرولیکی استفاده شده است. پارامتر به عنوان توان رابطه انتخاب شده است. نتایج نشان داده است که نرخ تغییرات با شیب مزرعه، افزایش طول پیشروی و زمانی که شدت نفوذ ثابت است، افزایش مییابد.نرمافزار Sipar_ID توسط رودریگز و مارتوس در سال 2008 معرفی گردید .این نرم افزار با استفاده از تغییرات عمق جریان در ابتدای جویچه و دادههای پیشروی جریان و همچنین استفاده از الگوریتم ژنتیک پارامترهای معادله کاستیاکف لوئیس و ضریب زبری را تخمین میزند.
این مدل با کالیبره کردن پارامترهای هیبریدی مدل با داده های مشاهداتی پارامترهای نفوذ را تخمین می دزن . یک تابع هدف اختلاف بین مقادیر مدل و داده های مشاهداتی را تخمین میزند و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی و سعی و خطا بهترین مقدار مشخص میشود. این مدل توانایی انجام آنالیزحساسیت و عدم قطعیت نتایج خروجی را نیز داراست - رودریگز و مارتوس، . - 2008
در این مقاله با استفاده از نرم افزار Sipar_ID پارامترهای نفوذ و ضریب زبری برای آبیاری جویچه ای تخمین زدهشده است. برای این منظور جویچههایی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهیدباهنر کرمان ایجاد و زمان های پیشروی وپسروی و عمق جریان ابتدای جویچه اندازهگیری شده است.
.2 مواد و روشها
آزمایشها در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر کرمان واقع در 6 کیلومتری جنوب شرقی شهر کرمان با طول جغرافیایی 57 درجه و 10 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 30 درجه و 20 دقیقه شمالی با ارتفاع 1750 متر از سطح دریا انجام شد. نمایی از مزرعه تحت آزمایش در حین آمادهسازی در شکل 1 نشان داده شده است.بافت خاک محل آزمایش از نوع لومشنی میباشد. خصوصیات خاک مورد آزمایش در جدول 1 مشخص شده است. جدول -1 مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه
