انتخاب مدل بهینه نفوذ آب در خاک ( مطالعه موردی: اراضی جهاد نصر استان خوزستان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

3 دانشیار، بخش آبیاری و فیزیک خاک، مؤسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استادیار، بخش آبیاری و فیزیک خاک، مؤسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

5 استادیار، بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران

چکیده

ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﻧﻔﻮذ آب ﺑﻪ ﺧﺎک از اجزای مهم چرخه هیدرولوژی و مدیریت آب در مزرعه بوده که اندازه‌گیری آن زمان‌بر و پرهزینه است. از این‌رو ﻣﺪلﻫﺎی ﻧﻔﻮذ به‌کار گرفته می‌شوند. در این پژوهش مدل‌های کوستیاکوف، کوستیاکوف - لوئیس، فیلیپ، سازمان حفاظت خاک آمریکا، اورتون و هورتون براساس آزمایش استوانه‌های دوگانه در دو مزرعه گندم و لوبیا با هدف تعیین بهترین مدل نفوذ در اراضی جهاد نصر خوزستان بررسی شدند. نتایج نشان داد متوسط سرعت نفوذ در مزرعه گندم بین 47/35 سانتی‌متر در ساعت در رطوبت 83/15 درصد در قبل از آبیاری اول تا 35/6 سانتی‌متر در ساعت در رطوبت 20/29 درصد بعد از آبیاری دوم بود. متوسط سرعت نفوذ در مزرعه لوبیا با رطوبت اولیه 43/16 درصد قبل از آبیاری اول بین 63/61 تا 70/13 سانتی‌متر در ساعت در رطوبت 10/23 درصد بعد از آبیاری دوم بود. کمترین و بیشترین میانگین ریشه مربعات خطا (RMSE) مربوط به ضرایب مدل‌های نفوذ تجمعی در مزرعه گندم به‌ترتیب 21/1 و 14/3 سانتی‌متر با ضریب تبیین (R2) 93/0 و 95/0 و در مزرعه لوبیا 57/1 و 42/3 سانتی‌متر با R2، 90/0 و 92/0 از معادلات فیلیپ و هورتون حاصل شد. کمترین و بیشترین RMSE مولفه سرعت نفوذ در مزرعه گندم 46/0 و 63/0 و در مزرعه لوبیا 90/0 و 40/1 سانتی‌متر بر دقیقه از معادلات فیلیپ و هورتون به‌دست آمد. رتبه‌بندی دقت مدل‌ها در مزرعه گندم و لوبیا نشان داد مدل‌های کوستیاکوف - لوئیس و هورتون در برآورد سرعت نفوذ و کوستیاکوف - لوئیس و فیلیپ در برآورد نفوذ تجمعی بیشترین دقت را دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Selecting the optimal model of water infiltration into the soil (Case study: Jahad Nasr lands of Khuzestan province)

نویسندگان [English]

  • Hamid Zare Abyneh 1
  • Ahmad Khasraei 2
  • Niaz Ali Ebrahimipak 3
  • Arash Tafteh 4
  • Mehdi Jovzi 5
1 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 Graduated Master Student, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Associate Professor, Department of Irrigation and Soil Physics, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
4 Assistant Professor, Department of Irrigation and Soil Physics, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
5 Assistant Professor, Soil and Water Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

The process of infiltration is one of the most important components of the hydrological cycle and field water management. The direct measurement of infiltration process is difficult, time spending and expensive. Therefore, infiltration models are used. Kostiakov, Kostiakov-Lewis, Philip, Soil Conservation Service of America, Horton and Overton models infiltration based on double ring results carried out in two wheat and bean fields to the determination of best infiltration model in the Jahad Nasr Khuzestan province. The results showed that the mean infiltration rate in wheat field was 35.47 cm hr-1 in 15.83 percent moisture before first irrigation up to 6.35 cm hr-1 in soil moisture content of 29.20 percent after second irrigation. The average infiltration rate in the bean field with initial moisture was 16.43 percent before the first irrigation from 61.63 to 13.70 cm hr-1 in the soil moisture content of 23.10 percent after the second irrigation. The lowest and highest RMSE for coefficients of cumulative infiltration models in wheat field were obtained from Philip and Horton equations with 1.21 and 3.14 cm with R2 of 0.93 and 0.95 and the bean field was 1.57 and 3.42 cm with R2 of 0.90 and 0.92, respectively. The lowest and highest RMSE of the infiltration rate in the wheat field were obtained Philip and Horton equations with 0.46 and 0.63 cm min-1 and in the bean field were 0.90 and 1.40 cm min-1, respectively. The accuracy rating of the studied models in two fields showed that Kostiakov-Lewis and Horton models have the highest accuracy in the infiltration rate and Kostiakov-Lewis and Phillip models in cumulative infiltration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cumulative infiltration
  • Double ring method
  • Infiltration models
  • Infiltration rate

مراجع

1. احمدی ت.، افراسیاب پ. و دلبری م. (1395). معرفی یک روش ساده در محاسبه پارامترهای هیدرولیکی با استفاده از آزمایش نفوذ بیرکن. مدیریت آب و آبیاری. 6 (1): 147-133.
2. بی‌نام. (1397). گزارش آمار هواشناسی شوشتر. اداره کل هواشناسی استان خوزستان. 10 صفحه.
3. بی‌نام. (1380). استاندارد دستورالعمل اندازه‌گیری سرعت نفوذ آب در خاک با روش استوانه. نشریه شماره 243 وزارت نیرو و سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور. 32 صفحه.
4. پرچمی عراقی ف.، میرلطیفی س.م.، قربانی دشتکی ش. و مهدیان م. (1389). ارزیابی برخی مدل‌های نفوذ آب به خاک در برخی کلاس‌های بافتی و کاربری‌های اراضی. آبیاری و زهکشی ایران. 2 (4): 205-193.
5. تافته آ.، امداد م.ر. و غالبی س. (1396). بررسی تأثیر عوامل مؤثر بر راندمان کاربرد آب آبیاری نواری در شرایط عمق توسعه ریشه موجود و قابل توسعه گندم در اراضی حمیدیه (خوزستان). حفاظت منابع آب و خاک. 6 (4): 90-75.
6. جنوبی ر.، رضاوردی‌نژاد و. و عباسی و. (1395). ارائه مدل بهینه‌سازی برآورد پارامترهای نفوذ و ضریب زبری آبیاری نواری با استفاده از داده‌های پیشروی و رواناب. مدیریت آب و آبیاری. 6 (1): 45-29.
7. ﺟﻮادی ع.، ﻣﺼﻄﻔﯽزادهﻓﺮد ب.، ﺷﺎﯾﺎنﻧﮋاد م. و مصدقی م.ر. (1396). ارزﯾﺎﺑﯽ ﻣﻌﺎدﻻت ﻧﻔﻮذ آب ﺑﻪ ﺧﺎک در ﺷﺮاﯾﻂ ﺗﻠﻔﯿﻖ ﮐﯿﻔﯿﺖ آب آﺑﯿﺎری، رﻃﻮﺑﺖ اوﻟﯿﻪ ﺧﺎک و ﺑﺎر آﺑﯽ ﺛﺎﺑﺖ. ﭘﮋوﻫﺶ آب در ﮐﺸﺎورزی. 31 (3): 482-469.
8. چگنی م.، انصاری‌دوست ش. و اسکندری ح. (1392). تأثیر نوع شخم و مدیریت بقایای گیاهی بر برخی خواص فیزیکی خاک در راستای نیل به کشاورزی پایدار. دانش کشاورزی و تولید پایدار. 24 (2): 40-31.
9. دربندی ص.، دربندی ص. و تقوی ص. (1389). تعیین بهترین معادله نفوذ برای خاک‌های ایستگاه نعمت‌آباد (دانشگاه آزاد واحد تبریز) و آنالیز حساسیت ضرایب معادلات نفوذ به رطوبت اولیه خاک. آبیاری و زهکشی ایران. 4 (3): 337-330.
10. رحمتی م.، نیشابوری م.ر.، محمدی اسکویی م.، فاخری‌فرد ا.، احمدی ع. و موسوی س.ب. (1394). ارزیابی و بهینه‌سازی پارامترهای معادلات مختلف نفوذ برای حوضه آبخیز لیقوان. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 22 (6): 20-1.
11. سارانی ف.، غلامعلی‌زاده ا. و شبانی ا. (1395). مقایسه مدل‌های رگرسیونی و هوش محاسباتی در تخمین درصد سدیم تبادلی از نسبت جذب سدیم (مطالعه موردی: خاک‌های منطقه میانکنگی سیستان). دانش آب و خاک. 26 (2): 137-125.
12. سپهوند ع.ر.، طایی سمیرمی م.، میرنیا س.خ. و مرادی ح.ر. (1390). ارزیابی حساسیت مدل‌های نفوذ نسبت به تغییرپذیری رطوبت خاک. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 25 (2): 346-338.
13. سرخه‌نژاد م. و کشکولی ح.ع. (1389). تعیین منحنی مشخصه رطوبتی و توابع هیدرولیکی بخش غیراشباع خاک با استفاده از مدل ریاضی. سومین همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران.
14. سعدی‌خانی م.ر. و سهرابی ا. (1396). ﺗﺄﺛﯿﺮ ﮐﺎرﺑﺮی اراﺿﯽ ﺑﺮ ﮐﺎرآﯾﯽ ﺑﺮﺧﯽ از ﻣﺪل‌ﻫﺎی ﻧﻔﻮذ آب ﺑﻪ ﺧﺎک. ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ ﺧﺎک و ﺗﻮﻟﯿﺪ ﭘﺎﯾﺪار. 7 (1): 138-127.
15. سلیمانی ل.، حقی‌زاده ع. و زینی‌وند ح. (1395). تعیین بهترین مدل‌های برآورد نفوذ در کاربری‌های مختلف به‌منظور مدیریت بهینه حوزه‌های آبخیز (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کاکاشرف، استان لرستان). مدیریت حوزه آبخیز. 7 (13): 41-33.
16. ﻃﺎﻟﺒﯽ‌کلان ی.، ﻣﺤﻤﺪی م.ح. و ﮐﺮﯾﻤﯽ س. (1395). ﺗﺄﺛﯿﺮ ﮐﺎرﺑﺮی اراﺿﯽ ﺑﺮ ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻧﻔﻮذ آب در ﺑﺮﺧﯽ ﺧﺎکﻫﺎی اﺳﺘﺎن اردﺑﯿﻞ و زﻧﺠﺎن. ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ ﺧﺎک و ﺗﻮﻟﯿﺪ ﭘﺎﯾﺪار. 6 (1): 126-109.
17. فعالیان ا.، انصاری ح. و صدرالدینی س.ع.ا. (1390). استفاده از منطق فازی برای شبیه‌سازی الگوی توزیع آبپاش منفرد. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 25 (6): 1433-1421.
18. فولادمند ح.ر. و مظلوم ه. (1395). مقایسه نفوذ آب در خاک با استفاده از روش‌های تک استوانه و استوانه‌های مضاعف. سامانه‌های سطوح آبگیر باران. 4 (4): 23-32.
19. قربانی دشتکی ش.، همایی م. و مهدیان م.ح. (1388). برآورد پارامترهای نفوذ آب به خاک با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 23 (1): 198-185.
20. کمالی پ.، ابراهیمیان ح. و وردی‌نژاد و.ح. (1394). ارزیابی و مقایسه روش بهینه‌سازی چند سطحی و مدل IPARM در تخمین پارامترهای نفوذ در آبیاری جویچه‌ای. مدیریت آب و آبیاری. 5 (1): 54-43.
21. محمدی م.ح. و رفاهی ح. (1384). تخمین پارامترهای معادلات نفوذ توسط خصوصیات فیزیکی خاک. علوم کشاورزی ایران. 36 (6): 1398-1391.
22. نظری پ. (1388). ارزیابی تناسب اراضی منطقه میان‌آب شوشتر برای زیتون با استفاده از مدل Micro LEIS. همایش ملی علوم آب، خاک، گیاه و مکانیزاسیون کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، دزفول، ایران.
23. واقفی م. و موحدزاده م. (1393). بررسی و مقایسه مدل‌های مختلف نفوذپذیری در حوضه آبریزمند دشتی با استفاده از نتایج آزمایشات استوانه مضاعف. مهندسی آبیاری و آب ایران. 4 (3): 12- 1.
24. ASTM. (2003). Standard test method for infiltration rate of soils in field using double-ring infiltrometer, D3385-03. ASTM International, West Conshohocken, PA.
25. Cubera, E. & Moreno, G. (2007). Effect of land-use on soil water dynamic in Dehesas of Central-Western Spain. CATENA, 71(2), 298-308.
26. Damodhara Rao, M., Raghuwanshi, N.S. & Singh, R. (2006). Development of a physically based 1D-infiltration model for irrigated soils. Agricultural Water Management, 85(1-2), 165-174.
27. De Almeida, W.S., Panachuki, E., de Oliveira, P.T.S., da Silva Menezes, R., Sobrinho, T.A. & de Carvalho, D.F. (2018). Effect of soil tillage and vegetal cover on soil water infiltration. Soil and Tillage Research, 175, 130-138.
28. Gregory, J.H., Dukes, M.D., Miller, G.L. & Jones, P.H. (2005). Analysis of double-ring infiltration techniques and development of a simple automatic water delivery system. Applied turfgrass science, 2, 1-7.
29. Karami, B., Golabi, M. & Dhumal, K.N. (2012). Determination Coefficients of Infiltration Equations: Case Study of Shavoor Plain in Khuzestan Province. International Journal Applied Engineering Research, 7 (1), 55-69.
30. Lado, M., Paz, A. & Ben-Hur, M. (2004). Organic matter and aggregate size interactions in infiltration, seal formation, and soil loss. Soil Science Society America Journal, 68(3), 935-942.
31. Loaiciga, H.A. & Huang, A. (2007). Ponding analysis with Green-Ampt infilteration. Journal of Hydrologic Engineering, 12(1), 109-112.
32. Mishra, S.K.‚ Tyagi, J.V. & Singh, V.P. (2003). Comparison of infiltration models. Hydrogical Processes, 17, 2629-2652.
33. Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A. & Govindaraju, R.S. (2018). Role of slope on infiltration: a review. Journal of Hydrology, 557, 878-886.
34. Rashidi, M. & Seyfi, K. (2007). Field comparison of different infiltration models to determine the soil infiltration for border irrigation method. Journal of Agricultural and Environmental Science, 2, 628-632.
35. Yongyong, Z., Pute, W., Xining, Z. & Ping, L. (2012). Evaluation and modeling of furrow infiltration for uncropped ridge–furrow tillage in Loess Plateau soils. Soil Research, 50, 360-370.
36. Zolfaghari, A.A., Mirzaee, S. & Gorgi, M. (2012). Comparison of different models for estimating cumulative infiltration. International Journal Soil Science, 7 (3), 108-115.
 
مدیریت آب و آبیاری
دوره 9، شماره 2
بهمن 1398
صفحه 291-304

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار