كاربرد نرم افزار HYDRUS_2D براي شبيه سازي سامانه زهكشي خشك

Evaluation of HYDRUS_2D Software in Simulating Dry Drainage

اراضي تحت آبياري مناطق خشك و نيمه‌خشك با خطر شور شدن خاك مواجه هستند. پايداري كشاورزي در اين شرايط در گرو خروج نمك اضافي از ناحيه ريشه گياه است. اگرچه سامانه هاي زهكشي مصنوعي ميتوانند با خروج آب و املاح اضافي، شرايط مناسب رشد گياه را فراهم كنند، ولي اجرا و بهره برداري اين سامانه ها با چالش هايي ازجمله هزينه بالاي احداث، مسائل زيست محيطي، حجم بالا و كيفيت پايين زه آب خروجي، همراه است. براي رويارويي با اين مشكلات، ميتوان از روش هاي جايگزين و يا تركيب آنها با روشهاي مرسوم كمك گرفت. در اين پژوهش، در سال 1394، زهكشي خشك به‌عنوان يك روش جايگزين با هزينه كمتر و تا اندازه‌اي سازگار با محيط‌ زيست، در پرديس ابوريحان دانشگاه تهران موردبررسي قرار گرفت و از مدل HYDRUS_2Dبراي شبيه سازي و تعيين پارامترهاي هيدروليكي و انتقال شوري استفاده شد. تيمارها شامل دو نسبت عرض كاشت به نكاشت (1(كاشت):1(نكاشت) و 1:2) و دو شوري آب آبياري (5/1 و 3 دسي زيمنس بر متر) در چهار لايسيمتر با ابعاد 1×1×1 متر اجرا شد. در اين آزمايش از چمن اسپرت در قسمت كاشت استفاده شد. بافت خاك لومي، سطح ايستابي در 90 سانتيمتري از سطح و تعداد روزهاي آبياري 70 روز بود. نتايج نشان داد در تمام تيمارها، جهت حركت شوري از ناحيه آبياري به ناحيه تبخير بود و شوري نهايي خاك در قسمت نكاشت بيشتر از قسمت كاشت بود. افزايش عرض كاشت به نكاشت از 1:1 به 1:2، اگرچه توانست شوري را از ناحيه آبياري به ناحيه تبخير منتقل كند، ولي نتوانست شوري ناحيه ريشه را تثبيت كند. به طوريكه شوري نهايي ناحيه ريشه در تيمارهاي با عرض كاشت به نكاشت برابر، از شش دسي زيمنس بر متر (7/1 تا 7/2 برابر شوري اوليه) فراتر نرفت، درحاليكه در دو تيمار ديگر اين مقدار به بيش از 14 دسي زيمنس بر متر (9/4 تا 7/7 برابر شوري اوليه) رسيد. نتايج خروجي مدل و شاخصهاي آماري نشان داد مدل HYDRUS_2Dتوانست حركت آب و انتقال شوري را براي زهكشي خشك در شرايط آزمايش لايسيمتري با دقت معقولي برآورد كند. مقدار خطاي استاندارد و ريشه ميانگين مربعات خطا در برآورد رطوبت خاك به ترتيب بين هفت تا 11 درصد و 021/0 تا 057/0 سانتيمترمكعب بر سانتيمترمكعب بود و اين مقدار براي برآورد شوري به ترتيب بين 24 تا 29 درصد و 01/2 تا 73/2 دسي زيمنس بر متر بود. با توجه به شاخصهاي آماري، مدل HYDRUS_2D رطوبت خاك را بهتر از مقادير شوري شبيه سازي كرد.

There is threat of salinizing for irrigated area in arid and semi-arid areas. Agriculture sustainability under this condition is dependent on removal of excess salt from the root zone. Although conventional drainage systems could provide suitable condition for root zone growth by removing excess water and salt, these systems face some challenges such as high initial capital, environmental problems, high volume and low quality of drained water at outlet. Alternative systems or their combination with conventional ones may be good solution for these problems. In this study, dry drainage (DD) was conducted as environmental and economical alternative technique. This research was carried out to evaluate DD and calibrate HYDRUS-2D model, in July, 2015, at Aburaihan Faculty, University of Tehran. Necessary data was collected from lysimeters in research field of irrigation and drainage Eng. Department to calibrate the model and investigate DD. Treatments were carried out in four lysimeters with dimension of 1×1×1 m and included two ratios of cultivated to uncultivated width strip (1(cultivated):1(uncultivated); and 2:1) and two levels of irrigation water salinity (1.5 and 3 dS m-1). Shallow water table was at 90 cm and study was continued for 70 days. Results showed that salt moving direction was from the irrigated to the bare evaporation strips at all treatments, and final soil salinity of uncultivated was much more than the cultivated area. Also, increasing cultivated to uncultivated width (from 1:1 to 2:1) could transport soil salinity from the irrigated to evaporation strip, but it couldn’t stabilize salinity of the root zone. Final salinity of root zone in treatments with ratio of 1:1 was not more than 6 dS m-1 (1.7 to 2.7 times of initial soil salinity).Thus, for the other two treatments, the final salinity was more than 14 dS/m (4.9 to 7.7 times the initial soil salinity). Results of modeling and statistical indexes showed that HYDRUS­_2D could simulate water flow and salinity transport well in lysimetric DD. SE and NRMSE for simulated soil moisture were between 7% to 11 percent and 0.021 to 0.057 cm3 cm-3,respectively, and these values for simulated soil salinity were between 24% to 29 percent and 2.01 to 2.73 dS m-1, respectively. Based on statistical indicators, HYDRUS_2D simulated soil moisture better than soil salinity.