بخشی از مقاله
چکیده
سیستم آبیاري قطرهاي یکی از موثرترین راهکارها براي افزایش بهروري و استفاده بهینه از منابع آب موجود میباشد. فاصله و دبی قطرهچکانها باید با خصوصیات هیدرولیکی خاك، زمان و مقدار آب لازم براي آبیاري گیاه هماهنگ باشد. در نتیجه در دست داشتن اطلاعات مناسب از عرض و عمق خاك خیسشده براي طراحی و مدیریت دقیق سیستم قطرهاي ضروري است.
در این تحقیق با استفاده از اندازهگیريهاي آزمایشگاهی شعاع و عمق خیس شده براي خاك لومی رسی تحت سه دبی مختلف 2 و 4 و 8 لیتر بر ساعت انجام شد. سپس براي ارائه مدل تجربی مناسب با استفاده از نرمافزار SPSS رگرسیون خطی چند متغیره انجام شد. خطاي نسبی براي عمق خیسشدگی %5 و براي شعاع خیس شدگی %6 برآورد شد. همچنین ضریب تعیین براي این دو پارامتر به ترتیب 0/984 و 0/966 میباشد. که نشان دهنده قابلیت نسبتا زیاد مدل تجربی در برآورد ابعاد پروفیل رطوبتی میباشد.
.1 مقدمه
افزایش روزافزون جمعیت جهان و در نتیجه افزایش تقاضا براي مواد غذایی و نیاز به تولیدات بیشتر کشاورزي از یک طرف و محدودیت منابع آب از طرف دیگر و روند کاهش کیفیت آبهاي موجود به خصوص در مناطق خشک و نیمهخشک، بهرهبرداري بهینه از منابع به خصوص در بخش کشاورزي که بیشترین سهم مصرف آب را دارا میباشد، ضروري ساخته است.[1]
روش آبیاري قطرهاي با راندمان بالاتري نسبت به سایر روشهاي آبیاري در دنیا مرسوم شده است و به علت قابلیتهاي خاصی که دارد در برخی از شرایط خاص تنها سیستم آبیاري مناسب تلقی میگردد. کارایی و دوام یک سیستم آبیاري قطرهاي بطور مستقیم به نوع قطرهچکان، درصد مساحت خیسشده، تغییرات مجاز فشار، شدت تصفیه آب و مدیریت سیستم بستگی دارد. از بین این عوامل مقاومت در برابر گرفتگی و درصد مساحت خیسشده، دو معیار مهم در انتخاب قطرهچکان میباشد.
داشتن اطلاعات مناسب از عرض و عمق خاك خیسشده براي تعیین درصد مساحت خیسشده ضروري است.[2] براي تخمین ابعاد پیاز رطوبتی خاك در آبیاري قطرهاي از روشهاي مختلفی که عبارتند از روشهاي تحلیلی، عددي و تجربی و یا ترکیبی از آنها استفاده میشود. مدلهاي فیزیکی به دلیل زمان طولانی انجام آزمایشها و پرهزینه بودن مقرون به صرفه نمیباشد. مدلهاي عددي معمولا به اطلاعات زیادي در مورد خصوصیات هیدرولیکی خاك نیاز دارند که به دست آوردن این اطلاعات مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد است.[4]
در مقایسه با مدلهاي فیزیکی و عددي، استفاده از مدلهاي تجربی براي طراحی سیستم آبیاري قطرهاي راحتتر و کاراتر میباشند و نتایج پیشبینی آنها نیز قابل اعتماد میباشند.[5] تعداد زیادي مدل تجربی توسط پژوهشگران مختلف ارائه شده که از جمله میتوان به پژوهشهاي بنآشر و همکاران - - 1978، زور و شوارتزمن - - 1986 و داسبرگ و اور - - 1989 اشاره نمود. مدل زور و شوارتزمن یکی از مهمترین آنها میباشد که با استفاده از آنالیز ابعادي مدل نیمه تجربی را بر اساس دادههاي مشاهداتی به دست آوردند.
سینگ و همکاران مدل ارائه شده توسط شوارتزمن و زور را براي آبیاري قطرهاي زیرسطحی از منبع خطی اصلاح نمودند و معادلات مربوط به عرض و عمق خیسشدگی را ارائه دادند. آنالیز آماري نتایج مشاهداتی و شبیهسازي شده در این بررسی نشان داد که اختلاف معنیداري در سطح آماري 5 درصد وجود نداشته است و لذا میتوان از این مدل براي شبیهسازي جبهه رطوبتی استفاده نمود.[4]
در پژوهشی که توسط خلیلی و همکاران صورت گرفت از آنالیز ابعادي جهت شبیهسازي تغییرات رطوبتی خاك در پروفیل رطوبتی آبیاري قطرهاي استفاده شد. ایشان از مدل توسعه یافته شوارتزمن و زور براي آبیاري قطرهاي زیر سطحی استفاده کردند. که نتایج با مدل Hydrus-2D و روش آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که بین مقادیر برآورد شده و مشاهداتی همبستگی مناسبی برقرار است. در این پژوهش بیان شده است که استفاده از مدلهاي عددي مانند Hydrus به علت نیاز به اطلاعات ورودي زیاد کارایی کمتري نسبت به مدلهاي تجربی دارند.[6]
امین و اخماج با استفاده از دادهها تقوي و همکاران - - 1989 در بافت لومی رسی و با دبی 2/193 لیتر در ساعت، انگلاکیس و همکاران - - 1993 در خاك لومی رسی و شنی و با دبیهاي 2/1 و 7/8 لیتر بر ساعت، حمامی و همکاران - - 2002 در خاك سیلتی و با دبیهاي 1 و 2 و 4 لیتر در ساعت و لی و همکاران - - 2003 در خاك لوم و با دبیهاي تقریبی 0/9-0/6 و 2-1/4 لیتر در ساعت و با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی چند متغیره و با استفاده از نرمافزار SPSS بهترین برازش را براي پارامترهاي تجربی معادلههاي بن آشر و همکاران - - 1986 را برآورد کردند.[5]
.2 مواد و روشها
مدل فیزیکی: براي انجام آزمایشها یک مدل فیزیکی با ابعاد 120*70*90 سانتیمتر از جنس شیشه با چهارچوبی از نبشیهاي فلزي در آزمایشگاه طراحی و ساخته شد. در بخش تحتانی مدل خروجیهایی به عنوان زهکش براي خروج آب اضافی تعبیه گردید. دبی هاي مورد استفاده 2 و 4 و 8 لیتر بر ساعت بود. که با روش حجمی در 3 تکرار صحت آن بررسی شد. به دلیل قرار گرفتن قطرهچکان در گوشه مخزن دبیهاي مورد استفاده به ¼ تقلیل یافتند.
مشخصات خاك: در این پژوهش از خاك مزرعه دانشکده کشاورزي دانشگاه صنعتی شاهرود واقع در منطقه بسطام استفاده گردید. بافت خاك از نوع لومی رسی و مخلوطی از29/7 درصد شن، 38 درصد سیلت 32/3 درصد رس میباشد. چگالی ظاهري خاك 1/54 گرم بر سانتیمتر مکعب تعیین گردید. به منظور جدا کردن سنگ و کلوخه و دست یافتن به خاك همگن و جلوگیري از ایجاد جریان ترجیحی خاك با الک 2 میلیمتر سرند گردید. ازآن جایی که تراکم خاك نقش بسیار مهمی را در حرکت آب در خاك و شکل پیاز رطوبتی دارد، لذا چگالی ظاهري خاك مزرعه باید مطابق نمونه آزمایشگاهی باشد. براي این منظور خاك به صورت لایه لایه و در هر مرحله تا رسیدن به چگالی مورد نظر کوبیده شد.
رطوبت وزنی خاك قبل از انجام آزمایشها حدود 7 درصد بود و براي جلوگیري از تغییر رطوبت، خاك داخل کیسههاي پلاستیکی نگهداري شدند. انجام آزمایشها: در این مرحله به مدت 6 ساعت متوالی آبیاري انجام شد که به فاصلههاي زمانی یک ساعت پروفیل جبهه رطوبتی به وسیله کاغذ شفاف کالک از دو طرف مخزن برداشت و میانگینگیري شد. پس از این مدت از یک سمت جداره و در نقاط مختلف میزان رطوبت تعیین گردید.
مدل تجربی: در مدلهاي آماري، تحلیل رگرسیون یک فرایند آماري براي تخمین روابط بین متغیرها میباشد. این روش شامل تکنیکهاي زیادي براي مدلسازي و تحلیل متغیرهاي خاص و منحصر بفرد، با تمرکز بر رابطه بین متغیر وابسته و یک یا چند متغیر مستقل، میباشد. تحلیل رگرسیون خصوصاً کمک میکند در فهم اینکه چگونه مقدار متغیر وابسته با تغییر هرکدام از متغیرهاي مستقل و با ثابت بودن دیگر متغیرهاي مستقل تغییر میکند. لذا در این تحقیق براي تعیین مدل تجربی عرض و عمق خیس شدگی از مدل رگرسیون چند متغیره خطی استفاده گردید.[3]
آمارهها: براي ارزیابی مدلها از شاخصهاي آماري مختلفی استفاده میشود که در این تحقیق جهت مقایسه نتایج مدل عددي و تجربی با نتایج آزمایشگاهی از آمارههاي ضریب تعیین - - R، میانگین ریشه دوم خطا نرمال شده - NRMSE - ،
