آبیاری جویچه ای و ارزیابی هم‌خانواده‌های نفوذ جدید در آن

آبیاری جویچه ای و هم‌خانواده‌های نفوذ

فصل دوم: مقدمه و بررسی منابع

2-1- معادلات نفوذ در آبیاری سطحی.. 6

2-2- سیر تکاملی ارائه معادلات و هم‌خانواده‌های نفوذ در آبیاری سطحی.. 7

2-3- اصلاح معادله نفوذ برای آبیاری جویچه‌ای.. 8

2-4- دلایل اصلاح هم‌خانواده‌های نفوذ. 9

2-5- توسعه هم‌خانواده‌های نفوذ جدید براساس جویچه. 11

2-5-1- داده‌های مرجع آبیاری جویچه‌ی.. 11

2-5-2- ارائه معادلات نفوذ گروه‌بندی‌شده. 12

2-6- عوامل مؤثر بر نفوذ در آبیاری جویچه‌ای.. 14

2-6-1- تاثیر محیط خیس‌شده بر مقدار نفوذ. 14

2-6-2- تاثیر ضریب زبری بر مقدار نفوذ. 16

2-6-3- تاثیر شیب زمین بر مقدار نفوذ. 17

2-6-4- تاثیر رطوبت اولیه خاک بر مقدار نفوذ. 17

فصل سوم:  مواد و روش‌ها

3-1- مشخصات منطقه. 19

3-2- اندازه‌گیری و جمع‌آوری اطلاعات… 19

3-2-1- آماده‌سازی زمین.. 19

3-2-2- تعیین بافت خاک…. 20

3-2-3- تعیین رطوبت خاک…. 20

3-2-4- انتقال آب به ابتدای جویچه و تعیین دبی جریان.. 20

3-2-5- دستگاه مقطع‌سنج جویچه. 21

3-3- اجرای آزمایش…. 22

3-4- روش بدست آوردن سطح مقطع جویچه. 22

3-5- روش محاسبه نفوذ پایه. 24

3-5-1- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از بافت خاک…. 24

3-5-2- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از شدت نفوذ 6 ساعته. 25

3-5-3- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از معادله توانی ساده. 25

3-5-4-  برآورد نفوذ نهائی با استفاده از برازش انتهائی.. 25

3-5-5- برآورد نفوذ نهائی با استفاده از روش ورودی-خروجی.. 26

3-6- برآورد معادلات هم‌خانواده‌های نفوذ. 26

3-7- مقایسه داده‌های شدت نفوذ نهائی و عمق نفوذ آب در تیمارهای مختلف…. 26

فصل چهارم:  نتایج و بحث

4-1- مقدار رطوبت خاک پیش از آبیاری ها 27

4-2- شدت نفوذ نهائی تعديل‌نشده. 29

4-3- شدت نفوذ نهائی تعدیل‌شده با استفاده از معادلات NRCS. 31

4-4- میانگین عمق آب نفوذیافته در زمان آزمایش…. 35

4-5- تحلیل آماری داده‌های حاصل از روش ورودی- خروجی 38

4-6- تحلیل آماری عمق نفوذ متوسط برآورد شده با معادلات SCS (روش ورودی-خروجی  38

4-7- مقایسة فرآیند نفوذ در اثر اعمال تیمارهای رطوبتی  39

فهرست منابع هم‌خانواده‌های نفوذ 45

اصلاح معادله نفوذ برای آبیاری جویچه‌ای

کارشناسان سازمان حفاظت خاک آمریکا از ابتدای دهه 1950 تا 1960 با سوالاتی در خصوص چگونگی ارائه و تعیین نفوذ در آبیاری جویچه‌ای درگیر بودند. آنها داده‌های مزرعه‌ای کمی در اختیار داشتند، اما همین داده‌های کم نشان می‌دادند که نفوذ در جویچه با شدت جریان، شیب و زبری و به عبارت دیگر با پیرامون مرطوب مرتبط است. همچنین ابهاماتی در خصوص اینکه شدت نفوذ در دیواره‌ها متفاوت از کف جویچه است، نیز وجود داشت.

روش توسعه روابط نفوذ از پیشروی، پسروی و جریان ورودی و خروجی نیز قابل فهم و استناد نبود. با این وجود، کارشناسان تصمیم گرفتند اندازه‌گیری‌های مزرعه‌ای را بیشتر کنند و قصد داشتند تا پارامترهای نفوذ را تعیین کنند. در اواخر دهه 1960 آنها توانستند نفوذ متناسب با پیرامون مرطوب را تحلیل کنند و بر این قضیه متمرکز شدند که ضرائب نفوذ را برای پیرامون مرطوب اصلاح کنند. بنابراین معادله نفوذ در آبیاری جویچه‌ای بصورت زیر ارائه شد:….

دلایل اصلاح هم‌خانواده‌های نفوذ

خانواده‌های نفوذ اولیه SCS که براساس معادله 2-8 ارائه شدند، نقطه شروعی برای طراحی و ارزیابی سیستم‌های آبیاری سطحی بود. پس از چندین سال استفاده از این هم‌خانواده نفوذ، نقاط ضعف آنها آشکار شد، که موارد زیر قابل اشاره هستند:

1. حدود 75% از مطالعات اولیه توسعه منحنی‌های هم‌خانواده نفوذ در زمین‌های تحت آبیاری بودند و بیشتر این مطالعات هم برای گیاهان چند ساله با تراکم بالا مانند یونجه و چمن بود. بنابراین آنها نمی‌توانستند شرایط مزارعی که تازه شخم خورده بودند (به‌ویژه شرایط اولین آبیاری) را شبیه‌سازی کنند.
2. روشی که براساس استفاده از I_b برای فرموله کردن ضرایب معادله 2-8 استفاده شده بود، در بیشتر موارد مقادیر بالایی را برای ضریب a به دست داد که در ارزیابی‌های آبیاری سطحی از سال 1974 به بعد کمتر مشاهده شد.
3. مقدار c در رابطه 2-8 در حدود هفت میلی‌متر است که براساس تحلیل‌های خیلی ساده به‌دست آمده بود. داده‌های جمع‌آوری شده نشان دادند که این پارامتر اولاً وابسته به زمان است و ثانیاً با توجه به نوع خاک به شدت تغییر می‌کند. بنابراین معادله کوستیاکف- لوییس شرایط آبیاری، به ویژه برای تداوم‌های طولانی‌مدت آبیاری، را بهتر شبیه‌‌سازی می‌کند.
4. با توجه به موارد مطروحه فوق، اولین آبیاری که در زمین‌های تازه شخم خورده انجام می‌شود، یکی از مهمترین موارد طراحی است که سخت‌ترین شرایط مدیریتی را هم دیکته می‌کند، درحالی که در ارائه فرمول اولیه مدنظر نبوده است.
5. هم‌خانواده‌های نفوذ براساس داده‌های حلقه‌های نفوذ ارائه شده که تنها نشان دهنده شرایط استاتیک آبیاری بوده واز نظر ساختاری با شرایط واقعی آبیاری که در آن آب در حرکت است، متفاوت می‌باشد. لازم به ذکر است که نفوذ برای آب سطحی در حال حرکت با نفوذ برای آب سطحی ساکن متفاوت است.

توسعه هم‌خانواده‌های نفوذ جدید براساس جویچه  

 داده‌های مرجع آبیاری جویچه‌ی

هم‌خانواده‌های نفوذ برای چهار مجموعه مربوط به آبیاری جویچه‌ای و چهار مجموعه مربوط به آبیاری کرتی و نواری اصلاح شدند. این چهار مجموعه عبارتنداز:

1. یک مجموعه برای استفاده در جویچه‌هایی که به تازگی آماده شده‌اند و اولین آبیاری فصل را تجربه می‌کنند.
2. یک مجموعه برای جویچه‌هایی که قبلاً آبیاری شده‌اند.
3. یک مجموعه برای کاربردهای جریان موجی در جویچه‌های تازه شخم خورده
4. یک مجموعه برای کاربردهای آبیاری موجی در جویچه‌هایی که قبلاً تحت جریان موجی آبیاری شده‌اند.

منابع اطلاعاتی زیادی که در زمان ارزیابی‌های جریان پیوسته آبیاری جویچه‌ای به‌دست آمده بودند، برای فرموله کردن خانواده‌های نفوذ در جویچه مورد استفاده قرار گرفتند. فنگمیر و رمزی (1978) یک سری از داده‌های مربوط به هفت ارزیابی انجام شده در جویچه‌های دقیق در یک خاک لوم ‌شنی در آریزونا را ارائه کردند ]24[. الیوت و واکر (1982) داده‌های بیش از 100 مزرعه مورد مطالعه برای ارزیابی توابع پیشروی و نفوذ در جویچه‌ را که از سه سایت در کلرادو و از بافت‌های لوم ‌شنی تا لوم ‌رسی جمع‌آوری شده بود، منتشر کردند ]23[. واکر و هامفریز (1983) اطلاعاتی در خصوص چهار مقایسه جریان پیوسته و موجی را از یک مکان با خاک لوم‌ شنی در یوتا و یک مکان  با خاک لوم‌ سیلتی در آیداهو ارائه کردند ]40[.

آزمایش‌های زیادی هم مربوط به نفوذ در آبیاری موجی توسط در نقاط مختلف آمریکا از جمله یوتا، کانزاس، کارادو، تگزاس، اکلاهما، ارکانزاس، منتانا و واشنگتن انجام و نتایج مربوطه گزارش شدند. اگرچه این داده‌ها محدوده مشابهی از شرایط و ویژگی‌های خاک‌ها را که در آزمایش‌های جریان پیوسته مدنظر بودند، در بر می‌گرفتند، اما از مکان‌های متفاوت زیادی برداشت شدند. تعداد آزمایش‌های مربوط به آبیاری موجی در حدود نصف آزمایش‌های آبیاری با جریان پیوسته بود ]2[.

تاثیر شیب زمین بر مقدار نفوذ

دبي ورودي، شيب بستر جريان، عمق جريان آب، مقاومت هيدروليكي و ضرايب معادله نفوذ عواملي هستند كه بر رواناب اثر ميگذارند. نيروی مقاومت هيدروليکی از طريق اصطكاک در سراسر محيط تماس آب با خاک ايجاد می‌شود. اين نيرو مانع حركت آب در جويچه مي شود كه در آن پوشش گياهي تابعي از بي نظمي و زبري محيط خيس شده مي باشد]9[. با توجه به رابطه اي كه تروتبر روي جويچه هاي آبیاری به طول 6 متر با شیبی بین 2/0 تا 6/1 درصد و با دبی 6 تا 50 لیتر بر دقیقه واقع در ایالت آیداهو به کار برد، نتیجه گرفت که اگر 75 درصد دبي در طول مسير حركت آب در جويچه نفوذ كند سرعت حركت آب خروجي حدود  30 درصد نسبت به سرعت جريان ورودي كاهش می‌يابد. كاهش 60 درصدي شيب نيز نتيجه مشابه در كاهش سرعت حركت آب در جويچه دارد.

تاثیر رطوبت اولیه خاک بر مقدار نفوذ

رطوبت اوليه خاك تأثير زيادي بر مقدار آب نفوذ يافته در طي يك دوره بارش و زمان ثابت شدن نفوذ دارد، هر چه رطوبت اوليه خاك بيشتر باشد سرعت اوليه نفوذ به دليل كاهش گراديان ماتریک كمتر خواهد بود و خاك زودتر به مرحله نفوذ نهائي ميرسد كه در نتيجه آن مقدار زيادي از اين بارش به جاي نفوذ در خاك و افزودن به منابع آب زير زميني، روي سطح زمين جاري شده و از دسترس خارج ميشود. لذا دانستن ميزان آب نفوذ يافته در طول يك بارش براي مديريت منابع آب و كشاورزي بسيار دارای اهميت است. براي رسيدن به اين مقصود بايد براي مقادير متفاوت رطوبت قبلي خاك بهترين مدل برآورد نفوذ شناسايي شود ]10و14[.

در یک پژوهش دیگر آنالیز حساسیت ضرایب معادلات نفوذ به رطوبت اولیه خاک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش رطوبت اولیه خاک مقدار نفوذ تجمعی کاهش پیدا کرد و همچنین ضریب  b مدل کوستیاکوف و کوستیاکوف- لوئیس () و ضریب S معادله فیلیپ حساسیت کمتر و ضرایب  cمدل کوستیاکوف- لوئیس حساسیت بیشتري نسبت به تغییرات رطوبت اولیه خاك دارند. در نهایت مدل فیلیپ کمترین حساسیت را به تغییرات رطوبت اولیه خاك نشان داد ]7و9[.

ویژگی‌های هیدرولیکی خاک به طور موثر به مقدار و توزیع رطوبت خاک بستگی دارند. به عنوان مثال در خاک‌های غیراشباع سرعت نفوذ اولیه تحت تاثیر پتانسیل ماتریک خاک است که رابطه معکوس با رطوبت خاک دارد. تغییرات رطوبت خاک به دو صورت مکانی و زمانی است که این به علت بارش، تاثیر آبیاری‌های پیشین، تبخیر و توسعه گیاه است. توجه به این نکته ضروری است که در آبیاری‌ سطحی به منظور افزایش یکنواختی آبیاری کاهش تغییرات مکانی رطوبت خاک مد نظر است ]14[.

هم‌خانواده‌های نفوذ

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات پایان نامه کشاورزی کلیک کنید.

 نمونه ای از فهرست منابع هم‌خانواده‌های نفوذ

• امینی، س. م.، م. محمودیان شوشتری.، ع. لیاقت و ص. کوچک‌زاده، 1390. اثر محیط خیس‌شده متغیر وثابت برشبیه‌سازی و یکنواختی آبیاری جویچه‌ای. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، 5 (64).
• انصاری، ح.، 1390. آبیاری سطحی (ارزیابی، طراحی و شبیه‌سازی)، انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد.
• بهزاد، م.، م. محمودیان شوشتری، 1375. مطالعه اثر محیط خیس‌شده بر نفوذ آب درجویچه‌ها، مجله علمی کشاورزی، 19: 1-9.
• حق‌نظری، ف.، ع. سهیل‌نژاد.، ح، امیری و ع. شینی دشتگل، 1392. بررسی تغییرات نفوذ تجمعی در آبیاری جویچه‌ای، چهارمین همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی.
• دربندی، ص.، ص. دربندی و ص. تقوی، 1389. تعیین بهترین معادله نفوذ برای خاک‌های ایستگاه نعمت‌آباد( دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز ) و آنالیز حساسیت ضرایب نفوذ به رطوبت اولیه خاک. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3(4): 330-337.
• رحیمی، ا.، 1377. تعیین ضرایب معادله نفوذ کوستیاکف-لوییس و ارزیابی نفوذپذیری آب در خاک به روش آبیاری جویچه‌ای. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، صفحه 213.
• رضائی‌پور، ص.، م. قبادی‌نیا، 1391. آنالیز حساسیت ضریب جذبی خاک به رطوبت اولیه در روش‌های مختلف. سومین همایش ملی علوم کشاورزی و صنایع غذایی.
• رئیسی وانانی، ح.، 1392. تأثير پسابِ مغناطيس شده بر عوامل هيدروليکي آبياري جويچه‌اي. پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
• زنگنه اینالو، م.، ب، قربانی و ح صمدی بروجنی، 1390. بررسی تاثیر شیب و تراکم کشت بر تولید رواناب تحت شرایط آبیاری گان و آبیاری جویچه‌ای. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 2 (7): 194-204.
• سپهوند، ع.، م. طایی سمیرمی.، س. خ. میرنیا و ح مرادی، 1389. ارزیابی حساسیت مدل‌های نفوذ نسبت به تغییرپذیری رطوبت خاک. نشریه آب و خاک، 25 (2): 338-346.
• ….
• ….