شبيه‌سازي عددي و تحليلي پيشروي جبهه رطوبتي در آبياري قطره‌اي

Numerical and Analytical Simulation of Wetting Front Advancing in Drip Irrigation

چكيده تحقق پتانسيل كامل آبياري قطره‌اي، نيازمند بهينه‌سازي پارامترهاي بهره‌برداري است. در يك خاك معين توسعه زماني حجم خيس شده در تعيين فاصله مناسب بين قطره‌چكان‌ها و دور آبياري به عنوان تابعي از حجم خاكي كه ريشه‌هاي گياه در آن قرار گرفته‌اند نقش دارد. شبيه‌سازي عددي و تحليلي، راه‌حلي آسان و كم‌هزينه براي مطالعه فعاليت‌هاي مديريتي آبياري قطره‌اي بهينه مي‌باشد. در اين تحقيق، به منظور شبيه‌سازي پيشروي جبهه رطوبتي در آبياري قطره‌اي، ابتدا مشخصات فيزيكي خاك تعيين گرديد. سپس به منظور محاسبه پارامترهاي مدل ون‌گنوختن، منحني مشخصه رطوبتي خاك با استفاده از دستگاه صفحات فشار تعيين شد. همچنين برنامه‌هايي براي حل روابط فيليپ و بن‌آشر با استفاده از زبان برنامه‌نويسي Mathematica 7.0 نوشته شد و نرم افزار هايدروس دو‌بُعدي براي شبيه‌سازي عددي مورد استفاده قرار گرفت. مقايسه آماري بين فواصل شعاعي شبيه‌سازي شده و مشاهده ‌شده از محل قطره‌چكان به منظور ارزيابي دقت مدل‌هاي تحليلي و عددي انجام پذيرفت. نتايج نشان دادند كه مدل هايدروس دو ‌بُعدي با داشتن ميانگين خطاي استاندارد 32572/3 و با ضريب همبستگي 9607/0، تطابق بهتري با داده‌هاي مشاهداتي در مقايسه با مدل‌هاي ديگر داشته و بهترين روش در شبيه‌سازي پيشروي جبهه رطوبتي در آبياري قطره‌اي مي‌باشد.

Abstract Achieving the full potential of drip irrigation requires optimizing its effective operational parameters. For a given soil, knowing the temporal evolution of the wetted volume can contribute to a proper determination of emitter spacing and duration of irrigation as a function of the root zones soil volume. To investigate the optimal drip management practices, numerical and analytical simulations are easy and inexpensive approaches. In this study, the physical properties of the soil for simulation of wetting front position in drip irrigation were determined. Then, in order to calculate Van Genuchten model parameters, soil water characteristic curve was determined by means of a pressure membrane apparatus. Also, for solving the Philip and Ben-Asher equations, some computer programs were provided using Mathematica 7.0. The HYDRUS 2D was used for numerical simulations. Statistical comparisons of the simulated and observed radial distances from emitters were employed to evaluate the accuracy of the analytical and numerical models. Results showed that HYDRUS 2D output with relevant root mean square error of 3.32572 and correlation coefficient of 0.9607 had a better agreement with the observed wetting front data in comparison with other methods and, in general, it’s the best method for simulating of wetting front in drip irrigation.