ارزیابی الگوی جبهه پیشروی رطوبت در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی با جریان پیوسته و پالسی

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 51، بهمن 1400، صفحه 21-38   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2022.20462.2120

نویسندگان

بختیار کریمی^{* 1}؛ نظیر کریمی²

¹عضو هیئت علمی گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه کردستان

²گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

تاریخ دریافت: 18 بهمن 1397،  تاریخ بازنگری: 07 شهریور 1399،  تاریخ پذیرش: 29 دی 1400 

چکیده

مقدمه: آبیاری قطره­ای زیرسطحی به دلیل صرفه جویی در مصرف آب کاربرد گسترده­ای در مناطق خشک و نیمه­ خشک دارد. طراحی دقیق این سیستم­ها نیازمند فهم دقیق الگوی پیشروی رطوبت تحت شرایط مختلف می باشد.
روش­: به منظور بررسی الگوی جبهه پیشروی رطوبت خاک در آبیاری قطره­ای زیرسطحی، داده­های آزمایش­ها در یک مدل فیزیکی از جنس پلی­کربنات به ابعاد 5/0×1×3 متر و بر روی سه نوع بافت خاک (سبک، متوسط و سنگین)، با سه نوع دبی قطره چکان (2، 4 و 6 لیتر در ساعت)، در دو عمق مختلف نصب قطره­چکان (15 و 30 سانتی­متری) انجام شد. آزمایش­ها برای دو نوع سیستم آبیاری پیوسته و پالسی صورت گرفت. در آبیاری پالسی، زمان قطع و وصل پالس­ها مقادیر 30-30، 20-40 و 40-20 دقیقه در نظر گرفته شد که عدد اول زمان آبیاری و عدد دوم زمان استراحت سیستم در هر چرخه خواهد بود.
یافته­ها و نتیجه­گیری: نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد، در سیستم آبیاری قطره­ای زیرسطحی با جریان پالسی با افزایش زمان استراحت در هر چرخه، پیاز رطوبتی پهن­تر و جبهه پیشروی بیشتر در جهت افقی حرکت می­کند. همچنین نتایج تحقیق نشان داد که در سیستم آبیاری با کاربردهای پیوسته و پالسی به ازای یک حجم آب مساوی، توزیع افقی جبهه پیشروی رطوبت در دبی­های کم نسبت به دبی زیاد بیشتر خواهد بود و بیشترین عمق خیس شدگی در بافت سبک مربوط به دبی زیاد می­باشد و در بافت سنگین مربوط به دبی کم می­باشد. نتایج نشان داد در سیستم آبیاری قطره­ای زیرسطحی برای دبی­ و بافت­های مختلف توزیع افقی جبهه پیشروی رطوبت در آبیاری پالسی 40-20 (این مقادیر بین 66/93-38/68 سانتیمتر متغیر می­باشد) بیشتر از دو پالس دیگر(این مقادیر برای پالس20-40 بین 94/85-91/64 سانتیمتر و برای 30-30 بین 19/81-4/64 سانتیمتر نوسان دارد) و پیوسته (این مقادیر بین 82/83-6/60 سانتیمتر متغیر می­باشد) خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

آبیاری قطره‌ای زیرسطحی؛ آبیاری پیوسته؛ آبیاری پالسی؛ پیاز رطوبتی؛ مدیریت آبیاری

عنوان مقاله [English]

Evaluation of moisture advance front pattern in subsurface drip irrigation with continuous and pulsed flow

نویسندگان [English]

Bakhtiar Karimi¹؛ Nazir Karimi²

¹Dept. of Water Science and Engineering,Faculty of Agriculture University of Kurdistan. Sanandaj. Iran.

²Dept. of Water Science and Engineering,Faculty of Agriculture University of Kurdistan. Sanandaj. Iran.

چکیده [English]

Subsurface drip irrigation (SDI) is widely used in arid and semi-arid regions due to water saving. In order to investigate the moisture distribution pattern in SDI, the laboratory experiments were carried out in a transparent plexy-glass tank (0.5m *1.22m * 3m) using three different soil textures (i.e. medium, heavy and fine). The drippers were installed at 2 different soil depths (15cm and 30 cm). The emitter outflows were considered as 2, 4 and 4 lit/hr. Also, these experiments were carried out for two continuous and pulse irrigation systems. In pulse irrigation, the pulse cycles were considered 30-30, 20-40 and 40-20 min. The first number was the irrigation time (on) and the second number was the rest time (off) of the system in each cycle. The results of this research showed that moisture advance front with increasing the rest time move more horizontally for SDI with pulsed flow. Also, horizontal distribution of wetted front (for the same water volume of at the end of irrigation) for low emitter discharges was more than emitter with high outflow rate. As well as, the maximum depth of wetted front was related to emitters with higher discharge rate in the light texture, and in heavy texture is related to lesser outflow rate. The results showed that the horizontal distribution for pulse irrigation (20-40) was more than two other pulses (40-20 and 30-30) and continuous application.

کلیدواژه‌ها [English]

Continuous Irrigation, Irrigation Management, Pulse Irrigation, Subsurface Drip Irrigation, Wetted Bulb

مراجع

1.       Bagheri, R., Hesam, M., Kiani, A.R. and Hezarjaribi, A., 2015. Emitters subsurface distribution of soil moisture the soil in different tissues. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 9(3), pp.399-406. (In Persian)

2.       Ben‐Asher, J., Charach, C.H. and Zemel, A., 1986. Infiltration and water extraction from trickle irrigation source: The effective hemisphere model. Soil Science Society of America Journal, 50(4), pp.882-887.

3.       Ekramnia, F. 1997. Evaluating of kinds of emitters and technical and economical instructions to select the suitable emitter. M.Sc Thesis, Faculty of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran. 114p. (In Persian)

4.       Elmaloglou, S. and Diamantopolous, E. 2007. Wetting front advance patterns and water losses by deep percolation under the root zone as influenced by pulsed drip Irrigation. Agricultural Water Management.90:160-163.

5.       Elnesr, M.N. and Alazba, A.A., 2019. Computational evaluations of HYDRUS simulations of drip irrigation in 2D and 3D domains (i-Surface drippers). Comp. Electron. Agric. 162, pp.189-205.  

6.       Farajzadeh, K. 2015. Simulation of pulsed drip irrigation and determination of the wetted diameter and depth and the most suitable on-off ratio. M.Sc Thesis, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran. 110p. (In Persian)

7.       Grimes, D.W., Munk, D.S. and Goldhamer, D.A., 1990. Drip irrigation emitter depth placement in a slowly permeable soil. In Visions of the future-Proceedings of the 3rd National Irrigation Symposium-ASAE Pub. 4-90. (pp. 248-254). American Society of Agricultural Engineers.

8.       Ismail, S.M., EL-Abdeen, T.Z., Omara, A.A. and Abdel-Tawab, E., 2014. Modeling the soil wetting pattern under pulse and continuous drip irrigation. American-Eurasian Journal Agricultural & Environment Science, 14(9), pp.913-922.

9.       Kanda, E.K., Senzanje, A. and Mabhaudhi, T., 2020. Soil water dynamics under Moistube irrigation. Phys. Chem. Earth, Pt A/B/C, p.102836.

• Karimi, B., Mirzaei, F. and Sohrabi, T., 2013a. Evaluation of moisture front redistribution in surface and subsurface drip irrigation systems. Water and Soil Science, 23(3), pp.183-192.

11. Karimi, B. 2013b. Optimization and management of moisture and nitrate distribution in surface and subsurface drip irrigation systems using dimensional analysis. Ph.D. Thesis, Faculty of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran. 185p. (In Persian)
12. Karimi, B., Mohammadi, P., Sanikhani, H., Salih, S.Q. and Yaseen, Z.M., 2020. Modeling wetted areas of moisture bulb for drip irrigation systems: An enhanced empirical model and artificial neural network.
13. Karimi, B., Karimi, N., Shiri, J. and Sanikhani, H., 2021. Modeling moisture redistribution of drip irrigation systems by soil and system parameters: regression-based approaches. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, pp.1-16.
14. Karmelli, D., and Peri, G. 1974. Basic principles of pulse American Society of Civil Engineers, Proceedings of the Irrigation and Drainage Division Journal. 100: 309-319.

• Kisi, O., Khosravinia, P., Heddam, S., Karimi, B. and Karimi, N., 2021. Modeling wetting front redistribution of drip irrigation systems using a new machine learning method: Adaptive neuro-fuzzy system improved by hybrid particle swarm optimization–Gravity search algorithm. Agricultural Water Management, 256, p.107067.

16.   Lamm, F. R., Ayars, J. E. and Nakayama, F. S. 2007. Microirrigation for crop production-design, operation and management. Elsevier Publications. 608 pages.

17.   Malek, K., Peters, R.T., 2011. Wetting pattern models for drip irrigation: new empirical model. J. Irrig. Drain. Eng. 137, 530–536.

18.   Miller, M. L., Charlesworth, P. B., Katupaitiya, A. and Muirhead, W. A. 2000. A comparison of new and conventional subsurface drip irrigation systems using pulsed and continuous irrigation management. Proceeding of Conference Irrigation Association Australia, May 23-25, 2000. Melbourne, Australia. pp: 391-397.

19.   Mohammadbeigi, A., Mirzaei, F., and Ahraf, N. 2017. Simulation of soil moisture distribution under drip irrigation pulsed and continuous in dimensional analysis method. Iran. J. Water Soil Cons. 23: 6. 163-180. (In Persian)

20.   Nasseri, A., Babazadeh, H. and Nakhjevani, S., 2011. Drip Discharge Selection Based on Moisture Distribution Analysis. Journal of Soil and Water Resources Conservation, 1(1), pp.29-42.

21.   Saefuddin, R., Saito, H. and Šimůnek, J., 2019. Experimental and numerical evaluation of a ring-shaped emitter for subsurface irrigation. Agric. Water Manag. 211, pp.111-122.

22.   Sezen, S.M., Yazar, A. and Eker, S., 2006. Effect of drip irrigation regimes on yield and quality of field grown bell pepper. Agricultural Water Management, 81(1-2), pp.115-131.

23.   Sharif-Bayanolhagh, M.H. 1998. Soil moisture distribution from a point source in sloping fields. M.Sc. Thesis, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. 126p. (In Persian)

24.   Shiri, J., Karimi, B., Karimi, N., Kazemi, M.H. and Karimi, S., 2020. Simulating wetting front dimensions of drip irrigation systems: Multi criteria assessment of soft computing models. Journal of Hydrology, 585, p.124792.

25.   Solat, S., Alinazari, F., Maroufpoor, E., Shiri, J. and Karimi, B., 2021. Modeling moisture bulb distribution on sloping lands: Numerical and regression-based approaches. Journal of Hydrology, p.126835.

Tavakoli, A. 2010. Moisture advance front pattern and water losses due to deepercolation under root development zone influenced by pulsed drip irrigation. National Conference on Water, Soil, Plant and Mechanization of Agriculture, Islamic Azad University, Dezfol Unit, Khuzestan, Iran. 2767p. (In Persian)