بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق از مدل Drainmod-S که خاص مناطق دارای سطح ایستابی کمعمق و شور است، برای تغییرات سطح ایستابی و تعیین غلظت نمک در شرایط اراضی شالیزاری به کار استفاده شد. این تحقیق در سال 1396 و در مرکز تحقیقات آب و هواشناسی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج-دانشگاه تهران در یک مدل فیزیکی - لایسیمتر - صورت گرفت.
این پژوهش طی یک فصل کشت برنج انجام شدپژوهش. حاضر در غالب طرح کاملاً تصادفی متعادل بوده و در لایسیمتر فلزی عایق تحت دو تیمار اصلی بدون سطح ایستابی کمعمق و شور - FSG - و در حضور سطح ایستابی کمعمق و شور - SSG - و هر دو تیمار بدون شوری آب آبیاری به انجام رسید. بعد از محاسبه کارایی مدل برای سطح ایستابی، مقادیر MBE ، RMSE، NRMSE، d و R2 به ترتیب 0/18 سانتیمتر، 7/48 سانتیمتر، 23/41 درصد، 0/86 و 0/63 برای تیمار FSG و 0/69 سانتیمتر، 7/25 سانتیمتر، 21/06 درصد، 0/83 و 0/53 برای تیمار SSG به دست آمد. این نتایج نشان از شبیهسازی خوب مدل و تطابق نسبی بین دادههای اندازهگیری شده و برآورد شده میباشد.
همچنین، پارامترهای MBE، RMSE، NRMSE، d و R2 بهمنظور بررسی کارایی مدل در تغییرات غلظت نمک در سه ناحیه از خاک بهطور متوسط محاسبه شد. میانگین مقدار این پارامترها در عمقهای مختلف برای تیمار FSG به ترتیب 0/02 دسی زیمنس بر متر، 0/1 دسی زیمنس بر متر، 4/61 درصد، 0/9 و 0/87 به دست آمد. پارامترهای مذکور در تیمار SSG نیز به ترتیب 0/07 دسی زیمنس بر متر، 0/24 دسی زیمنس بر متر، 2/78 درصد، 0/94 و 0/89 محاسبه شد.
شبیهسازی مدل Drainmod-S در بخش شوری بیشتر قابلقبول بوده و با درصد خطای کمتر، نتایج بهتری را حاصل کرده است. بهعنوان نتیجه کلی، مقایسه مقادیر اندازهگیری شده و برآورد شده سطح ایستابی و شوری خاک نشان داد که میتوان از مدل Drainmod-s بهعنوان یک راهنمای کلی در پیشبینی و شبیهسازی روند تغییرات سطح ایستابی و شوری خاک استفاده کرد.
مقدمه
ازآنجاییکه حدود 70 درصد جمعیت دنیا در محدوده اراضی دیم و 30 درصد در اراضی فاریاب زندگی میکنند. بنابراین؛ بدون آبیاری و کشاورزی تأمین غذای کافی برای جمعیت کنونی دنیا امکانپذیر نیست - کمیسیون بینالمللی آبیاری و زهکشی، . - 2017 یکی از راهکارهای مقابله با کمبود منابع آب آبیاری و افزایش تولیدات کشاورزی، استفاده از سطوح ایستابی کمعمق آب زیرزمینی برای آبیاری گیاه بهخصوص در مناطق با آب زیرزمینی نزدیک به سطح زمین است. اما بالا آمدن نمک به منطقه ریشه در اثر جریان مویینگی، یک عامل محدودکننده برای استفاده از آب زیرزمینی کمعمق بهمنظور آبیاری گیاه محسوب میشود
بسیاری از اراضی کشاورزی به دلایل مختلف در نزدیکی ساحل قرار دارند. در مناطق ساحلی، آب زیرزمینی بهعنوان مهمترین منبع تأمین آب مورد نیاز مصارفی همچون کشاورزی، شرب و صنعت تلقی میشود. در این نواحی، منابع آب شیرین در معرض نفوذ آبهای شور و لبشور قرار دارند و همین امر همواره موجب ایجاد نگرانیهایی در این مناطق شده است. بهطور معمول، تداخل و نفوذ آب شور در آبخوانهای ساحلی به دلیل افت سطح آب زیرزمینی و ایجاد امکان انتقال جانبی یا عمودی آب شور و لبشور رخ داده و این امر موجب تخریب کیفیت آب زیرزمینی میگردد
شالیزارها یک منبع حیاتی برای تولید غذا، عاملی برای بهبود کیفیت محیط و دارای نقش اساسی در بهبود وضعیت اقتصادی مردم همان منطقه هستند. در همین راستا، جیائو و همکاران - 2017 - 2 اثرات اقتصادی و زیستمحیطی تغییر کاربری اراضی شالیزاری به اراضی خشک حوضه دریاچه تای3 کشور چین را به سبب مشکلات آلودگی مورد ارزیابی قراردادند. نتایج نشان داد که تبدیل اراضی شالیزاری به اراضی خشک تأثیر منفی بر کنترل آلودگی دارد. اما کشت و تولید محصولات در شرایط آب و خاک شور اقدامات متنوعی نظیر پیشبینی تغییرات شوری در خاک را میطلبد.
از مدلهایی که در رابطه با حرکت آب و املاح در خاک و پیشبینی تغییرات آن کاربرد زیادی پیداکردهاند، میتوان Saltmed، Hydrus و SWAP را نام برد. ضمن اینکه مدل Drainmod هم برای شبیهسازی و بررسی نوسانات سطح ایستابی کمعمق و همچنین حرکت و انتقال آب و املاح مورد استفاده قرار میگیرد. مدل Drainmod برای طیف وسیعی از خاکها، گیاهان و شرایط آب و هوایی مورد آزمون و ارزیابی قرار گرفته است. همچنین در مقایسه با مدلهایی که مبتنی بر معادله یکبعدی ریچاردز میباشد، نتایج حاصلهعموماً نشان داده است که مدل Drainmod را میتوان با پیشبینی قابلاعتمادی برای نوسانات سطح ایستابی مورداستفاده قرارداد
یکی از این مدلها، مدل معروف Drainmod است که در سال 1978 توسط اسکاگز4 ارائه شد. این مدل در سال 1992 توسط کندیل و همکاران5 برای شبیهسازی حرکت نمک در خاک و در سال 1997 به وسیله بریو و همکاران6 جهت شبیهسازی تغییرات نیتروژن در خاک تکمیل شد که به ترتیب زیر مدلهای Drainmod-S و Drainmod-N به مدل اصلی اضافه گردید. همچنین به گفته بریو و همکاران - 1997 - ، این یک مدل ریاضی شبیهسازی است که برای انواع خاکها و محصولات در شرایط آب وهوایی متفاوت بهصورت رضایت بخشی آزمایش شده است.
درزی و همکاران طی تحقیقی در سال 1394 به ارزیابی مدل Drainmod برای پیشبینی عمق سطح ایستابی و دبی زهکش در اراضی شالیزاری مجهز به زهکشی زیرزمینی پرداختند. بر اساس نتایج تحقیقاتشان، مدل Drainmod عملکرد یک سیستم زهکشی را برای یک دوره طولانیمدت شبیهسازی نموده و میزان عمق سطح ایستابی، زهکشی، رواناب سطحی، تبخیر-تعرق، تلفات آب، نفوذ، تعداد روز های مرطوب و خشک و غیره را پیشبینی میکند. همچنین مدل Drainmod، نوسانات سطح ایستابی را با توجه به وجود بار آبی روی سطح زمین در حالت ماندگار شبیهسازی میکند. در این نرم افزار، مقدار نفوذ آب به داخل خاک بر پایه معادله گرین آمپت است
یوسف و همکاران - 2018 - 1 برای بررسی عملکرد سیستم زهکشی کنترلشده - CD - یک مطالعه شبیهسازی 25 ساله با مدل هیدرولوژیکی Drainmod شامل 48 نقطه در غرب ایالت متحده و در منطقه وسیع مورد استفاده قراردادند. بهطورکلی نتایج این مطالعه شبیهسازی نشان داد که تغییرات اقلیمی در سراسر منطقه بهطور قابلملاحظهای به اثر بخشی CD بر کاهش تلفات نیتروژن منجر میشود. مدل Drainmod متوسط کاهش در تخلیه زهکشهای زیرسطحی را 29/4 درصد و میانگین کاهش نیتروژن در تلفات زهکشی را 32/2 پیشبینی کرد.
تحقیقات یوسف و همکاران - 2006 - نشان میدهد که مدل Drainmod-S میتواند برای مطالعه اثر درازمدت سیستم زهکشی بر روی عمق سطح آب زیرزمینی، تخلیه زهکشی و شوری خاک برای انواع خاک و اقلیمهای متفاوت مورد استفاده قرار گیرد. همچنین وهبا2 در سال 2017 مدل شبیهسازی مدیریت آب Drainmod-S را برای شبیهسازی استراتژی مختلف استفاده از آب زهکشی بهمنظور آبیاری در یک دوره 20 ساله را مورد بررسی قرارداد و مدل موردنظر را برای شبیهسازی درازمدت استراتژیهای مختلف مدیریت آب - آب شور، شیرین و ترکیبی از این دو - توصیه کرد.
یانگ3 در سال 2008 نیز مدل Drainmod را برای برآورد نوسانات سطح ایستابی در مزارع نیشکر کشور استرالیا استفاده نمود و مطابقت خوبی بین مقادیر مشاهده شده و پیشبینی شده طی بررسی دو ساله با خطای استاندارد حدود 0/07 متر، مشاهده نمود. همچنین، فنگ و همکاران4 در سال 2017 مدل Drainmod-S را برای منطقه Laizhou Bay چین طی دو فصل کشت مورد بررسی قراردادند. نتایج حاکی از شبیهسازی خوب مدل مذکور برای نوسانات سطح ایستابی و شوری خاک با ضریب تعیین - R2 - بالاتر از 0/75 و میانگین خطای نسبی - MSE - کمتر از 10 درصد داشت.
پورموسوی در سال 1390 از نرم افزار Drainmod در طراحی زهکشهای زیرزمینی اراضی دانشگاه شهید چمران استفاده کرد و گزارش کرد که با مقایسه نوسانات سطح ایستابی مشاهده شده و پیشبینی شده توسط مدل Drainmod مقادیر RMSE ، R2 و E به ترتیب 22 سانتیمتر، 0/895 و 0/84 به دست آمد.
بر اساس پیشنهاد ویلمت - 1981 - 5، اگر شاخص آماری NRMSE کمتر از 30 درصد باشد، شبیهسازیها قابلقبول میباشد. بر اساس نتایج از پژوهش همایی و همکاران - 2002 - ، چنانچه تمام مقادیر پیشبینی و اندازهگیری شده با هم برابر باشند، مقدار عددی RMSE برابر صفر و مقدارR2 برابر یک خواهد شد. بنابراین، هر چه میانگین مجذور مربعات خطا یا RMSE کوچکتر باشد و ضریب همبستگی یا R2 به سمت 1 میل کند، ضرایب به دست آمده از دقت بالاتری برخوردارند.
