استفاده از معادلات نفوذ در مدل سازی از جریانات سطحی و زیر سطحی، کار طراحی و ارزیابی سیستم های آبیاری سطحی را آسان تر می کند. به علت وابستگی ضرایب این معادلات به نوع خاک و شرایط  سطحی، انجام آزمایش های مزرعه ای برای تعیین این ضرایب امری ضروری است. در این مطالعه با استفاده از روش استوانه ای دوگانه و روش ورودی- خروجی در آبیاری های مختلف، ضرایب معادلات نفوذ کوستیاکف و کوستیاکف- لوییس برای آبیاری جویچه ای اندازه گیری و مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش ها در زمینی به وسعت یک هکتار با بافت خاک سطحی لوم رسی (25-0 سانتی متر) و بافت خاک زیرین لومی ( 100-25 سانتی متر) در تعداد 15عدد جویچه، هر کدام به طول تقریبی 80 متر و فاصله 0.75متر، و در 4 نوبت آبیاری انجام گردید. در روش استوانه ای دو گانه جمعا تعداد 30 استوانه در ابتدا، وسط و انتهای جویچه ها نصب گردید و در روش ورودی- خروجی از فلوم های WSC برای اندازه گیری دبی ورودی و خروجی جویچه استفاده شد. بعد از هرآبیاری، نمونه برداری به منظور تعیین وزن مخصوص ظاهری خاک نیز صورت گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که سرعت نفوذ نهایی اندازه گیری شده از روش ورودی- خروجی 4.4برابر مقدار حاصل از استوانه های دو گانه است. عمق نفوذ تجمعی در روش ورودی- خروجی در طول 180 دقیقه در آبیاری دوم 3برابر و در آبیاری سوم 2.2برابر عمق نفوذ یافته حاصل از روش استوانه های دو گانه بود.

به منظور ارزیابی، طراحی و یا شبیه سازی آبیاری نواری تعیین معادله نفوذ آب در نوار که بیانگر وضعیت طبیعی نوار باشد، ضروری است. در این تحقیق پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف – لوییس به روش بیلان حجم برای مزارع آزمایشی دانشگاه صنعتی اصفهان، لورک و خزانه که به طریق نواری آبیاری می شدند، تعیین گردید. اطلاعات جمع آوری شده شامل مشخصات فیزیکی مزارع آزمایشی از قبیل طول نوار، عرض نوار، شیب نوار، بافت خاک و ارقام اندازه گیری شده پیشروی، پسروی، دبی ورودی و خروجی نوار می باشند. با داشتن اطلاعات ورودی مدل آبیاری سطحی شامل پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف لوییس، مدل در شرایط مختلف مزرعه ای مورد مطالعه قرار گرفت و نیمرخ های رطوبتی خاک رسم گردید. نتایج پیش بینی مدل با ارقام اندازه گیری شده در نوارهای آزمایشی مشابهت خوبی داشتند.

برای تعیین دقیق تر بازده کاربرد آبیاری جویچه ای نسبت به روش های متداول، لحاظ کردن تغییرات مکانی و زمانی خصوصیات نفوذ ضروری می باشد. از طرفی مدیریت های مختلفی زراعی به نحو قابل توجهی بر نفوذ موثر است. هدف از این پژوهش شبیه سازی تغییرات زمانی ضرایب نفوذ معادله کوستیاکف- لوییس درخاک های درز و ترک دار با دو مدیریت زراعی رایج بوده است. آزمایش ها در یک فصل زراعی درکرج در زمینی با بافت لوم- رسی انجام گرفت. دو تیمار مدیریتی شامل خاک بدون کاه و کلش و خاک با کاه و کلش به میزان 5 تن در هکتار بوده و جویچه ها به تعداد 22 عدد و به عرض 0.75 متر ایجاد شد. ضرایب معادله نفوذ با استفاده از روش ورودی- خروجی و دو منطقه ای الیوت واکر در 6 جویچه به دست آمد. براساس نتایج این پژوهش ضرایب k و a در طی فصل رشد تغییرات معنی داری نداشته ولی ضریب f. در دو مدیریت مختلف تغییرات معنی داری نشان داده که توسط مدل لگاریتمی شبیه سازی شده است. مقادیر تغییرات زمانی نفوذ تجمعی (Z) نیز تحت بررسی قرار گرفت که نتایج نشان داد مقادیر Z در طی فصل رشد تغییرات معنی داری داشته و با مدل لگاریتمی قابل شبیه سازی است. در پایان روابط بدون بعد Z برای به دست آوردن Z در زمان های متفاوت، آبیاری های مختلف و مدیریت کاه و کلش ارایه شده است. بر پایه نتایج این پژوهش اگر چه کاه و کلش باعث اختلاف در مقادیر  Z و f. دردو تیمار مورد مطالعه شده است ولی کاه و کلش تاثیری درروند تغییرات زمانی این پارامترها نداشته و این روند مستقل از حضور یا عدم حضور بقایای گیاهی است که احتمالا به افزایش چگالی ظاهری خاک و کاهش پایداری خاکدانه ها در طی فصل رشد مربوط است.

پوشش گیاهی از عوامل مهم نفوذ آب در خاک می باشد. با گذشت زمان از کاشت گیاه، با تغییر پوشش گیاهی، میزان نفوذ آب در خاک تغییر می کند. تغییرات زمانی نفوذ آب در خاک باعث تغییر مقدار راندمان کاربرد آب طی فصل رویش می شود، بطوریکه با ثابت ماندن میزان جریان ورودی، از راندمان کاربرد آب در طول فصل آبیاری کاسته می شود. جهت بررسی تغییرات زمانی نفوذ آب در خاک، در این تحقیق نفوذ پذیری آب در خاک به روش استوانه های دوگانه و روش پیشروی آب در نوار انجام شد. روش آبیاری، نواری و نوع گیاه ماش بود. آزمایش های نفوذ پذیری به روش استوانه های دوگانه در یک قطعه آزمایشی قبل از شخم و آزمایش های نفوذ پذیری به روش پیشروی آب در نوار در آبیاری های مختلف با پوشش گیاهی صفر، 20، 40، 60، 80 و 100 درصد انجام شد. نتایج نشان می دهد که خصوصیات نفوذ آب در خاک در مراحل مختلف آبیاری تغییر می کند. آبیاری اول بیشترین مقدار نفوذ تجمعی در یک زمان مشخص را دارد و بطور کلی مقدار نفوذ از یک آبیاری به آبیاری بعدی کمتر می شود. در این تحقیق همچنین روش های اندازه گیری نفوذ پذیری استوانه های دوگانه و روش پیشروی آب در نوار با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد که مقدار نفوذ تجمعی در روش پیشروی آب در نوار در یک زمان مشخص بیشتر از مقدار نفوذ تجمعی از روش استوانه های دوگانه بود. ضرایب معادله نفوذ در روش استوانه های دوگانه و روش پیشروی آب در نوار با هم مقایسه گردیدند. معادله نفوذ بکار گرفته شده در این تحقیق معادله کوستیاکف – لوییس می باشد که ضرایب معادله در روش پیشروی آب در نوار از طریق معادله توازن حجمی به روش دو نقطه ای (روش الیوت و واکر) بدست می آیند. در این تحقیق همچنین ضریب های معادله نفوذ در روش استوانه های دوگانه و روش پیشروی آب در نوار با هم مقایسه گردیدند.  

برای استفاده از بهینه از آب و افزایش راندمان آبیاری ضروری است که پارامترهای معادلات نفوذ که نقش اساسی در ارزیابی و طراحی سیستم های آبیاری دارند، با دقت بالایی تخمین زده شوند. در این مقاله، یک روش ساده بر اساس هیدروگراف های جریان ورودی و جریان خروجی ارایه گردیده است که می تواند پارامترهای معادلات نفوذ کوستیاکف و کوستیاکف - لوئیس را برای روش های آبیاری سطحی شیبدار از جمله روش های خاص آبیاری جویچه ای مثل آبیاری غلام گردشی که تاکنون راه حلی برای تعیین معادله نفوذ آن ارایه نشده است، محاسبه نماید. در روش ارایه شده نیازی به حل معادلات پیچیده بیلان حجم که دارای پارامترهای متعددی است نمی باشد. برای ارزیابی روش ارایه شده، یک سیستم آبیاری غلام گردشی واقع در پارک صفه اصفهان مورد آزمایش قرار گرفت و پارامترهای معادلات نفوذ کوستیاکف و کوستیاکف - لوئیس تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش ارایه شده، قادر است با دقت بالایی پارامترهای معادلات نفوذ کوستیاکف و کوستیاکف - لوئیس را تعیین نماید به طوری که خطای پیش بینی حجم نفوذ محاسبه شده با استفاده از معادلات فوق در مقایسه با حجم نفوذ محاسبه شده توسط هیدروگراف های جریان ورودی و جریان خروجی به ترتیب برابر با 2.9 و 7.6 درصد گردید.

سابقه و هدف: فاکتورهای خاکی و زیستی می توانند در مکان و زمان به شدت متغیر باشند. بنابر این انتظار می رود که نفوذ آب در خاک هم در مکان و هم در زمان متفاوت باشد. به دلیل تغییرپذیری زمانی پارامتر نفوذ، اندازه گیری مستقیم آن نیاز به وقت و نمونه-برداری فراوانی دارد. به همین علّت معادلات تجربی و فیزیکی برای کمّی کردن فرآیند نفوذ در آبیاری سطحی وجود دارد. روش های متعددی برای تخمین ضرایب معادله های نفوذ وجود دارد که بسته به داده های اندازه گیری شده در مزرعه متفاوت هستند. انتخاب روش مناسب بستگی به داده های مزرعه ای موجود برای تخمین ضرایب نفوذ دارد. عواملی به صورت تصادفی در نقاط مختلف مزرعه اتفاق افتاده و باعث تغییر در میزان نفوذ آب در خاک می شوند. در نظر گرفتن تغییرات مکانی نفوذ در آبیاری باعث افزایش دقت در تخمین مقدار آب نفوذ یافته و یکنواختی توزیع می شود. لذا در پژوهش حاضر تلاش شد تغییرات پارامترهای نفوذ آب در خاک در آبیاری جویچه ای طی سه فصل زراعی بررسی شود. مواد و روش ها: در پژوهش حاضر از داده های برداشت شده از مزرعه ای در مشکین دشت کرج در فصول زراعی 90، 91 و 92 استفاده شد. نوع کشت ذرّت و بافت خاک مزرعه لومی بود. در هر فصل زراعی، 8 آزمایش مستقل اجراء شد که هر آزمایش شامل 4 جویچه به طول 120 متر و فواصل جویچه ها 75 سانتی متر بود. در هر فصل زراعی 15 نوبت آبیاری انجام شد. آزمایش های هشت گانه در طول سه فصل زراعی در مکان های تقریباً مشابه اجراء شدند. در هر نوبت آبیاری، از فلوم های WSC تیپ 3 برای اندازه گیری دبی-های ورودی و خروجی جویچه ها استفاده شد. در این تحقیق از معادله نفوذ کوستیاکف-لوئیس استفاده گردید. برای هر آبیاری با استفاده از روش بیلان حجم، ضرایب a و k معادله کوستیاکف-لوئیس با نرم افزارExcel محاسبه شد. در این روش ابتدا با استفاده از هیدروگراف های جریان ورودی و خروجی جویچه، سرعت نفوذ نهایی خاک محاسبه گردید. میانگین های تغییرات مکانی و زمانی ضرایب معادله کوستیاکف-لوئیس در سه فصل زراعی توسط آزمون چند دامنه ای دانکن با استفاده از نرم افزار SPSS مقایسه شدند. یافته ها: داده ها با نرم افزار SPSS و به روش GLM تجزیه واریانس مرکب شدند. اثر شماره آزمایش (تغییرات مکانی) و نیز نوبت آبیاری (تغییرات زمانی) در سطح 1% و اثر فصل زراعی در سطح 5% بر تغییرات ضریب نفوذ k معنی دار شد. تفاوت بین هشت آزمایش طی سه فصل زراعی از لحاظ آزمون آماری دانکن در سطح 5% معنی دار شد. اثر هر سه منبع تغییر در سطح 1% بر تغییرات ضریب نفوذ a معنی دار شد. اثر شماره آزمایش بر میانگین تغییرات زمانی ضریب نفوذ a در سه فصل زراعی، حاکی از تفاوت آماری معنی دار از لحاظ آزمون آماری دانکن در سطح 5% بین هشت آزمایش بود. اثر فصل زراعی بر میانگین تغییرات زمانی و مکانی ضریب نفوذ a، نشانگر برتری معنی دار میانگین تغییرات ضریب مذکور در سال 90-(6108/0)-نسبت به دو سال دیگر، با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5% می باشد. در حالی که در سال های 91 و 92، میانگین تغییرات مذکور، تفاوت معنی داری با یکدیگر نشان نداد. نتیجه گیری: به طور کلی، در سه فصل زراعی بین نوبت های آبیاری از لحاظ میانگین تغییرات هر یک از ضرایب نفوذ k و a و همچنین بین هشت آزمایش از نظر میانگین تغییرات هر یک از ضرایب مذکور تفاوت معنی داری وجود داشت. در نهایت با توجه به تفاوت معنی دار میانگین تغییرات مکانی و زمانی هر یک از ضرایب نفوذk و a، تغییرات فصلی ضرایب نفوذ آب در خاک در سه فصل زراعی بررسی شده قابل اغماض نبود. نتایج نشان داد که ضرایب نفوذk و a معادله کوستیاکف-لوئیس از لحاظ مکانی و زمانی در فصول مختلف، تغییراتی نامنظم و غیر قابل پیش بینی دقیق دارند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

یکی از مهم ترین پارامترها در طراحی یک سیستم آبیاری، تعیین پارامتر نفوذ است که می تواند منجر به افزایش عملکرد یک سیستم آبیاری شود. در این تحقیق، پارامترهای نفوذ معادله کوستیاکف-لوئیس با دو دسته از روش های مختلف از جمله روش مستقیم (روش های دونقطه ای الیوت-واکر و ورودی-خروجی) و مدل های کامپیوتری (مدل کامپیوتری SIPAR_ID و IPARM) تعیین گردید و با نتایج به دست آمده از آزمایش های مزرعه ای مورد مقایسه قرار گرفت. مطالعات مزرعه ای به منظور جمع آوری داده های مورد نیاز، در مزارع تحت کشت نیشکر سلمان فارسی در تابستان و پائیز سال 1396 در نه جویچه به طول 100 و عرض 1/83 متر و شیب 0/04 درصد تحت سه دبی اسمی 1، 1/5 و 2 لیتر بر ثانیه در سه نوبت آبیاری صورت گرفت. در این تحقیق به منظور ارزیابی دقت تخمین پارامترهای نفوذ از سه شاخص حجم آب نفوذ یافته به منطقه ریشه، زمان پیشروی و حجم رواناب استفاده گردید. جهت شبیه سازی شاخص های ارزیابی در هر روش، از نرم افزار WinSRFR استفاده گردید. مطابق نتایج این تحقیق، روش مستقیم دونقطه ای الیوت-واکر در تخمین زمان پیشروی با میانگین RMSE، MAE و RE به ترتیب 52/10، 14/91و 10/1 درصد، حجم آب نفوذ یافته به ترتیب با میانگین 9/6، 7/36 و 7/8 درصد، حجم رواناب خروجی به ترتیب با میانگین 8/8، 8/7 و 1/2 درصد، از عملکرد بسیار قابل قبولی برخوردار بود. همچنین دیگر روش مستقیم (روش ورودی-خروجی) به ترتیب با میانگین 11/4 و 6/8درصد برای حجم آب نفوذ یافته و 1/6 و 0/3 درصد برای حجم رواناب مقدار شاخص های آماری RMSE و RE را تخمین زد که نشان از دقت بالای این روش در تخمین این دو شاخص عملکرد بود، هرچند که این روش با میانگین 11/25 و 2/27 درصد توانایی شبیه سازی زمان پیشروی را با دقت مناسب نداشت. از سوی دیگر نتایج مدل های کامپیوتری نشان داد که مدل IPARM با میانگین MAE و RE برابر با 23/38، 15/5 درصد زمان پیشروی، 20/02 و 26/7 درصد حجم آب نفوذ یافته و 11/81 و 1/8 درصد حجم رواناب را تخمین زد، که در مقایسه مدل SIPAR_ID از عملکرد بهتری برخوردار بود. در حالت کلی هرچند که مدل های کامپیوتری در تخمین پارامترهای نفوذ از عملکرد قابل قبولی برخوردار بودند اما روش های مستقیم به دلیل استفاده از داده های ورودی بیشتر و استفاده از داده های تمامی مراحل آبیاری از عملکرد بهتری برخوردار بودند.