۲-۵- توسعه هم‌خانواده‌های نفوذ جدید براساس جویچه
۲-۵-۱- 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:
-
- یک مجموعه برای استفاده در جویچه‌هایی که به تازگی آماده شده‌اند و اولین آبیاری فصل را تجربه می‌کنند.
-
- یک مجموعه برای جویچه‌هایی که قبلاً آبیاری شده‌اند.
-
- یک مجموعه برای کاربردهای جریان موجی در جویچه‌های تازه شخم خورده
-
- 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 (۱۹۷۸) یک سری از داده‌های مربوط به هفت ارزیابی انجام شده در جویچه‌های دقیق در یک خاک لوم شنی در آریزونا را ارائه کردند ]۲۴[. الیوت و واکر (۱۹۸۲) داده‌های بیش از ۱۰۰ 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 جمع آوری شده بود، منتشر کردند ]۲۳[. واکر و هامفریز (۱۹۸۳) 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 ]۴۰[.
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 ]۲[.
۲-۵-۲- ارائه معادلات نفوذ گروه‌بندی‌شده
شماره منحنی‌ها یا گروه‌های نفوذ جدید، IF، با همان دامنه ۰۲/۰ تا ۴ در گروه‌های نفوذ متداول، و در ۱۹ گروه، بر اساس میانگین شدت نفوذ شش‌ساعت اوّل آبیاری (شدت نفوذ شش‌ساعته) بیان شده‌اند. این شماره‌ها در اوّلین آبیاری مزرعه (با آب‌نمود[۴] جریان ثابت)، همانند مقادیر هم‌خانواده‌های نفوذ اولیه است، اما برای آبیاری‌های بعدی کاهش می‌یابد.
مقادیر a، k و fo برای جریان پیوسته در اولین آبیاری (شرایط مرجع)، متناسب با شدت جریان مرجع و محیط خیس‌شده مرجع ، از شماره هم‌خانواده نفوذ (IF)، به شرح زیر بدست می‌آید ]۲[:
ضرایب معادلات نفوذ در شرایط مرجع، در مرحله بعد با بهره گرفتن از شرایط واقعی مزرعه تعدیل می‌شوند:
الف- «تعدیل روش آبیاری» برای آبیاری به شکل غیرجویچه‌ای
جهت تعیین ضرایب معادله نفوذ مرجع برای آبیاری‌های غیرجویچه‌ای (نواری و کرتی)، لازم به توجه است که نفوذ دوبعدی در جویچه‌ها متفاوت از نفوذ یک بعدی در نوارها و کرت‌ها بوده و ازطرفی، در جویچه‌ها هم نفوذ افقی و عمودی متفاوت می‌باشد. بنابراین، نیاز به تعریف یک «محیط خیس‌شده معادل، Peqv » وجود دارد. محیط خیس‌شده معادل، مقداری مجازی است که نفوذ از آن بطور یکنواخت صورت می‌پذیرد و از معادله تقریبی زیر قابل‌تخمین می‌باشد:
(۲-۱۶)
با این تعریف می‌توان معادله نفوذ مرجع برای آبیاری نواری و کرتی را بدست آورد و فرض می‌شود توان معادله در روش‌های مختلف آبیاری یکسان باشد ]۲[:
ب- «تعدیل شرایط آبیاری» (آبیاری غیراوّل و جریان ورودی غیرثابت)
شرایط آبیاری مختلف شامل آبیاری غیراوّل و تغییرات موجی‌شکل جریان ورودی با «ضریب شرایط آبیاری، ICF; Irrigation Condition Factor » به معادله مطلوب و منطبق با شرایط موردنظر تبدیل می‌شود:
«ضریب شرایط آبیاری، ICF» برای آبیاری با آب‌نمود ثابت در نوبت غیراوّل، برابر ۸۰/۰، برای آب‌نمود موجی در آبیاری اوّل، برابر ۸۵/۰، و برای آب‌نمود موجی در آبیاری غیراوّل، برابر ۷۵/۰ می‌باشد. در این حالت، همه ضرایب سه‌گانه نفوذ با تغییر شرایط آبیاری تعدیل می‌گردند ]۲[.
پ- «تعدیل شرایط هیدرولیکی جریان» برای شدت جریان و محیط خیس‌شده غیرمرجع
بطور کلّی، زمانی‌که یک معادله نفوذ مربوط به یک سامانه آبیاری جویچه‌ای موجود باشد (استخراج از جداول گروه‌های نفوذ و یا از طریق آزمون مزرعه‌ای)، این معادله متناظر با یک شدت جریان و محیط خیس‌شده مشخصی است، که از آنها به شدت جریان و محیط خیس‌شده مرجع یاد می‌شود: QRef و PRef. جهت تعدیل معادله نفوذ برای کاربرد آن در شرایطی که مقدار شدت جریان آن Qact متفاوت از شدت جریان معادله نفوذ (مقدار مرجع) باشد، می‌توان محیط خیس‌شده حاصل از آن (Pact) را برآورد نموده و معادله نفوذ را تعدیل نمود:
در این رابطه، مقدار حاصل از معادله نفوذ مرجع در مقدار واقعی محیط خیس‌شده PAct، نسبت به محیط خیس‌شده مبنا PRef ، محاسبه می‌گردد. محیط خیس‌شده در شرایط کاربردی (غیرمرجع) با بهره گرفتن از روابط شکل مقطع جریان (مشابه سطح مقطع) محاسبه می‌شود:
بدیهی است، برای پوشش همه شرایط غیرمرجع، یعنی برای آبیاری‌های نواری و کرتی، و لحاظ شرایط آبیاری غیرمرجع (آبیاری غیراوّل یا آبیاری موجی)، و همچنین برای شدت‌جریان، شیب و ضریب‌زبریِ متفاوت از شرایط مرجع، ضرایب و توان معادله نفوذ بصورت زیر تعدیل می‌گردد:
در عین حال، بجز عوامل پیش‌گفته (روش و نوبت آبیاری، آب‌نمود جریان ورودی و شدت آن، همچنین محیط خیس‌شده) که به دلیل تأثیر بر فرایند نفوذ، در تعدیل معادلات گروه‌بندی‌شده استفاده شدند، عوامل دیگری مانند رطوبت خاک،ضریب زبری، و شیب را نیز می‌توان نام برد که در تحقیقات مورد توجه قرار گرفته‌اند ]۲[.
۲-۶- عوامل مؤثر بر نفوذ در آبیاری جویچه‌ای
در این بخش به چهارعامل اساسی و مهم که تاثیر فراوانی بر میزان نفوذ آب به خاک دارند اشاره خواهد شد.
۲-۶-۱- تاثیر محیط خیس‌شده بر مقدار نفوذ
نفوذ مهم‌ترین فاکتور مؤثر در آبیاری سطحی است. نفوذ آب به خاک پدیده‌ای پیچیده است که به نوع خاک، شرایط سطح آن، فرصت زمان نفوذ و عوامل دیگر بستگی دارد. اکثر معادلات نفوذ برای بیان نفوذ آب به خاک، با فرض جریان یک بعدی نفوذ و به صورت تابعی از فرصت نفوذ ارائه شده‌اند. اما در آبیاری جویچه‌ای جریان نفوذ دو بعدی است و تعیین عمق آب نفوذیافته در جویچه‌ها، به دلایل متعدد از جمله تغییر در سطح تماس آب با خاک، اثر جویچه‌های مجاور، شکل هندسی جویچه‌ها و عوامل دیگر پیچیدگی بیشتری دارد. به عبارت دیگر، نفوذ آب در جویچه ها تنها تابعی از فرصت نفوذ نیست، بلکه به اندازه و ویژگی‌های سطحی که نفوذ از آن صورت می‌گیرد نیز بستگی دارد ]۱و۲۴و۳۵[. مناسبترین متغیری که تاکنون برای اصلاح معادلات نفوذ پیشنهاد شده محیط خیس شده می‌باشد ]۱و۳و۳۵[.
در پژوهشی دیگر حدود یک‌سوم تغییرات نفوذ را به تفاوت در محیط خیس‌شده نسبت می‌دهند و باقی این تغییرات را ناشی از خطای اندازه‌گیری و تغییرات ویژگی‌های خاک می دانند. تعدیل محیط خیس‌شده یکی از موضوع‌های جالب توجه و مورد بحث در مدلهای آبیاری جویچه‌ای است. در این حالت فرض می شود که محیط خیس شده با حرکت در طول جویچه و کاهش دبی جریان به علت نفوذ کاهش می‌یابد و بنابراین برای محاسبه نفوذ در هر گره محاسباتی، تاثیر این امر باید لحاظ شود ]۳و۱۹و۲۸[.
عمق نفوذ در هر منطقه ای تابعی از محیط خیس شده، سرعت نفوذ پایه و فرصت نفوذ و ویژگی‌های نفوذ پذیری خاک می باشد و تغییرات هر کدام از این پارامترها موجب تغییرات نفوذ می‌شود ]۲۹[.
در بسیاری از مدلهای آبیاری جویچه ای فرض می‌شود که با وجود کاهش جریان در طول جویچه، اندازه محیط خیس‌شده تقریباً ثابت باقی می‌ماند، بنابراین در این مدلها ورود آب به خاک تنها تابعی از فرصت نفوذ در نظر گرفته می‌شود ]۳۹[.
با توجه به معادلات پیشین مقدار آب نفوذیافته در سیستم آبیاری سطحی به‌ویژه آبیاری جویچه‌ی تحت تاثیر محیط خیس‌شده است ]۱۸و۳۰و۳۵[.
بر اساس مطالعات انجام شده، استفاده از تابع نفوذ با در نظر گرفتن تغییرات محیط خیس‌شده در مدلهای آبیاری سطحی به‌ویژه در آبیاری جویچه‌ی تاثیر قابل توجهی بر توزیع نهایی آب در طول مزرعه دارد. نتایج این مطالعه نشان داد که در نظر گرفتن تاثیر محیط خیس‌شده در تخمین پارامترهای معادله نفوذ، تقریب بهتری از شرایط واقعی مزرعه ارائه می‌دهد ]۱۴و۳۲[.
تاثیر محیط خیس‌شده بر دقت تخمین نفوذ تجمعی و نفوذ پایه (در حالت ماندگار) در کلرادو آیداهو در خاک‌های لوم رسی و لوم سیلتی مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج این مطالعه در شیب‌های تندتر از شیب متوسط (۶ در هزار) در خاک‌های مورد آزمایش اثر سرعت جریان موجب فرسایش خاک و انسداد منافذ آن شده و رابطه مشخصی بین محیط خیس‌شده و نفوذ وجود ندارد ولی در سایر شیب‌ها و بخصوص در جویچه‌های انتها بسته تغییرات نفوذ تجمعی به صورت قابل توجهی به تغییرات محیط خیس‌شده بستگی دارد ]۳۷[.
محیط خیس شده بر عمق نفوذ و نهایتاً دقت تخمین پارامترهای معادله نفوذ موثر است همچنین سرعت نفوذ آب در خاک به صورت خطی با محیط خیس شده تغییر می‌کند ]۲۴[.
نتایج پژوهش‌ها در بررسی تاثیر ویژگی‌های خاک و محیط خیس‌شده در شبیه‌سازی آبیاری جویچه‌ی نشان دادکه دقت برآورد ضریب یکنواختی آبیاری با اعمال پارامتر محیط خیس‌شده افزایش یافت ]۳۲[.
با توجه به پژوهش‌های صورت گرفته با بهره گرفتن از مدل رایانه‌ای برای بررسی تاثیر عمق آب و محیط خیس‌شده بر نفوذ در آبیاری جویچه‌ی همبستگی مثبتی بین عمق آب، محیط خیس‌شده و سرعت نفوذ آب به خاک وجود دارد ]۳۱[.
برای اندازه گیری محیط خیس شده روش های مختلفی وجود داد، روش هایی مانند مقطع سنجی، معادلات سهمی، معادله مانینگ و روش SCS استفاده می شود.مقطع سنجی به دلیل اینکه تمام محیط را در نظر می گیرد دقیق ترین روش برای محاسبه محیط خیس شده است و در میان سه روش دیگر، محیط خیس شده محاسبه شده به روش معادلات سهمی، به روش مقطع سنجی نزدیکتر است ]۴و۶[.
۲-۶-۲- تاثیر ضریب زبری بر مقدار نفوذ
از عوامل مهم در حرکت آب در آبیاری جویچه ای، مقاومت در برابر جریان آب است. نیروی مقاومتی که از کف جویچه بر آب اعمال می شود عبارت است از تنش برشی و نیروی مقاومت ناشی از عوامل جانبی مانند زبری سطح خاک و پوشش گیاهی. این مقاومتها، در خلاف جهت حرکت آب در جویچه ایجاد عامل زبری می‌کند که با ضریب زبری مانینگ(n) بیان می‌شود ]۱۷و۲۶و۳۴[.
فرم در حال بارگذاری ...